A new way to fertilize

Y a-t-il des réglementations sur les métaux lourds dans les sols en agriculture biologique ?

Tue, 26 Mar 2024 13:34:02 GMT

Les agriculteurs sont de plus en plus nombreux à se convertir à l’agriculture biologique. Le ministère de l’Agriculture dénombre 60 000 fermes engagées en bio en 2022, soit 14,2% des fermes françaises. Cela représente une surface totale de 2,88 millions d'hectares, faisant de la France la première surface bio en Europe. Cette même dynamique est observée dans toute l’Europe et suit l’intérêt croissant des consommateurs pour les produits biologiques et le respect de l'environnement. Ainsi, la Commission européenne a mis en place la stratégie "De la ferme à la fourchette", visant à atteindre 1/4 des terres agricoles cultivées en agriculture biologique pour 2030. Mais, entre les réglementations européennes, le cahier des charges français et les nombreuses évolutions des règlements, il peut être difficile de s’y retrouver. De nombreuses questions émergent chez les agriculteurs souhaitant se convertir au bio, notamment la question de la qualité et la composition des sols nécessaires pour passer au bio.

Les sols agricoles contiennent-ils des métaux lourds ?

Les sols contiennent naturellement des éléments-traces métalliques (ETM), appelés plus communément métaux lourds, notamment l’arsenic, le cadmium, le chrome, le cuivre, le mercure, le nickel, le plomb et le zinc. Ces éléments minéraux sont constitutifs de la croûte terrestre, donc de nos sols. Ils sont dits "lourds" car leur masse volumique est supérieure à 5000 kg/m3. La concentration de ces éléments varie selon les événements géologiques qui ont permis leur formation comme, par exemple, les éruptions volcaniques ou la sédimentation. De manière générale, les quantités dans lesquelles on trouve ces métaux ne posent pas de problèmes de toxicité, que ce soit pour l’environnement, les cultures agricoles ou l’homme.

Cependant, les activités humaines - rejets de l’industrie, des ménages, des transports ou de l’agriculture - posent problèmes puisqu’elles ajoutent davantage de métaux lourds d'origine anthropique dans les sols et contribuent à leur contamination diffuse. De plus, les éléments-traces métalliques ne sont pas tolérés de la même manière par toutes les plantes : certaines meurent mais d’autres les absorbent et les accumulent. Le plomb et le cuivre sont par exemple peu disponibles pour les plantes et migrent peu en profondeur, contrairement au zinc assez mobile et aisément absorbé par la faune ou la flore, notamment dans les sols acides. Or, ces métaux, en contaminant les chaînes alimentaires et la ressource en eau, sont toxiques pour l'homme s’ils sont consommés en trop grande quantité. Ils provoquent par exemple des lésions neurologiques ou augmentent les risques de cancer.

Les métaux lourds posent donc un problème majeur de santé publique. Il est alors évident de se poser des questions sur les réglementations des métaux lourds dans les sols agricoles dès lors que l’on souhaite se convertir à l’agriculture biologique.

Réglementation concernant les métaux lourds en agriculture biologique

Alors, y a-t-il une quantité de métaux lourds dans le sol à respecter si l’on veut se convertir à l’agriculture biologique ? Malgré le danger que peuvent représenter les métaux lourds en grande quantité, non, il n’existe pas, pour le moment, de règlements spécifiques liés aux éléments métalliques dans le sol en bio. Certains pays comme les Pays-Bas ont mis en place des seuils de contaminants au-delà desquels un sol est considéré comme pollué. Mais ce genre de mesure ne serait pas possible en France, la concentration naturelle des sols en métaux lourds étant dépendante des processus de formation du sol. Puisque la France métropolitaine comme outre-mer présente une grande diversité géologique, un sol pourrait être considéré comme pollué dans certains territoires mais pas dans d'autres, sans qu’il y ait, dans les deux cas, de pollution extérieure.

S’il n’y a pas de réglementation sur la quantité de métaux lourds dans le sol, les règles de l’agriculture biologique encadrent, en revanche, les intrants (pesticides, engrais, herbicides). Les agriculteurs bio ne sont pas autorisés à utiliser des pesticides ou des engrais chimiques de synthèse. Le peu d'intrants autorisés, comme les boues de stations d’épuration ou les composts, doivent, quant à eux, respecter des valeurs réglementaires de métaux lourds. En effet, les aliments, qu’ils aient été cultivés en agriculture biologique ou non, doivent respecter des teneurs maximales en métaux lourds fixées par l’Autorité européenne de sécurité des aliments (EFSA). Ainsi, la quantité de métaux lourds dans les intrants est surveillée pour éviter que ces contaminants toxiques arrivent jusque dans nos assiettes.

L’épandage des boues d’épuration, par exemple, qui est un intrant important dans l’agriculture biologique, est très encadré et doit suivre des règles strictes. Même si les métaux lourds dans les boues sont surveillés, tous les sols ne peuvent pas les recevoir, une étude de faisabilité doit donc être effectuée au préalable. Puis, après l'épandage, il faut réaliser un bilan pour vérifier son impact environnemental. Mais vous n'êtes pas seul pour toutes ces démarches et, si vous souhaitez savoir si votre parcelle est apte à recevoir ces intrants, vous pouvez vous rapprocher de votre Chambre d’agriculture régionale et de la Mission d’Expertise et de Suivi des é pandages (MESE). Ce service de l' é tat a pour objectif d'apporter une assistance technique pour la surveillance des épandages, l'organisation et la pérennisation de filières de recyclage qui soient conformes à la réglementation.

Références :

CHAMBRE D'AGRICULTURE DES PAYS DE LA LOIRE, 2021. ETM : ça vous parle ? [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://pays-de-la-loire.chambres-agriculture.fr/innovation-rd/bulletins-techniques/bulletins-cultures-dont-bsv/solag-sol-et-agronomie/solag-etm-ca-vous-parle-decembre-2021/#c1180407
CHAMBRE D'AGRICULTURE PACA, 2015. Mission d'expertise et suivi des épandages [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://paca.chambres-agriculture.fr/la-chambre-dagriculture-des-hautes-alpes/vous-etes-une-collectivite/preserver-lenvironnement/mission-dexpertise-et-suivi-des-epandages/
Commissariat général au développement durable , 2019. La contamination des sols par les métaux [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.notre-environnement.gouv.fr/themes/sante/la-pollution-des-sols-ressources/article/la-contamination-des-sols-par-les-metaux
C OMMISSION EUROPÉENNE , 2021. Teneurs maximales en cadmium dans certaines denrées alimentaires [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://members.wto.org/crnattachments/2021/SPS/EEC/21_5154_00_f.pdf
C ommission européenne , 2023. L’agriculture biologique en bref [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://agriculture.ec.europa.eu/farming/organic-farming/organics-glance_fr#:~:text=Objectifs%20de%20l%27agriculture%20biologique,-L%27agriculture%20biologique&%20text=la%20pr%C3%A9servation%20de%20la%20biodiversit%C3%A9,la%20qualit%C3%A9%20de%20l%27e%20au
EUROFINS, 2021. Métaux lourds : fixation et abaissement des valeurs réglementaires applicables depuis fin août 2021 [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.eurofins.fr/agroalimentaire-old/actualit%c3%a9s/actualit%c3%a9s/m%c3%a9taux-lourds-%c3%a9volutions-r%c3%a9glementaires-et-nos-solutions/
EUROSTAT, 2023. Organic crop area by agricultural production methods and crops [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://ec.europa.eu/eurostat/databrowser/view/ORG_CROPAR/default/bar?lang=en
légifrance , 1998. Arrêté du 8 janvier 1998 fixant les prescriptions techniques applicables aux épandages de boues sur les sol s agricoles pris en application du décret n° 97-1133 du 8 décembre 1997 relatif à l'épandage des boues issues du traitement des eaux usées [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.legifrance.gouv.fr/loda/id/LEGIARTI000006870429/#LEGIARTI000006870429
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sénat , 2001. Les effets des métaux lourds sur l'environnement et la santé [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.senat.fr/rap/l00-261/l00-261_mono.html#toc722

Comprendre l'humus : une ressource vitale pour la santé des sols agricoles

Tue, 26 Mar 2024 13:31:20 GMT

Parmi les facteurs naturels qui déterminent la richesse d'un sol, la teneur en humus figure parmi les premiers de la liste. L’humus, qui constitue la couche supérieure du sol, se forme grâce à la décomposition de matière organique fraîche (d'origine végétale ou animale) en matière organique stable via un processus particulier appelé humification. Dès la préhistoire, les agriculteurs ont reconnu l'importance d'apporter régulièrement de la matière organique au sol. Cependant, il a fallu du temps pour comprendre pleinement son impact sur les sols et les cultures. Depuis, de nombreuses études ont contribué à approfondir notre compréhension de ce processus essentiel pour l'agriculture, l'humus représentant 80% du total de la matière organique dans un sol.

Comprendre la formation de l'humus et son utilité en agriculture

L'humification se caractérise par la synthèse de molécules organiques stables de plus en plus grosses à partir de résidus plus simples provenant de végétaux ou d'animaux morts. C'est l'humus, une substance insoluble dans l’eau ayant la consistance d’une matière souple, aérée, de couleur sombre et dégageant une odeur caractéristique. Les agents principaux responsables de ce processus sont les bactéries, qui décomposent la matière organique afin d'obtenir l'énergie nécessaire à leur métabolisme. Les champignons y participent également, ils agissent surtout pendant les premières étapes de la décomposition. Enfin, certains animaux tels que les lombrics, arthropodes ou insectes y contribuent grâce à la sécrétion d'enzymes. L'humification est biogénique, c'est-à-dire que l'humus peut se former par simple oxydation de la matière organique morte en l'absence d'organismes vivants. Cependant, c'est l'action combinée de la microflore (bactéries et champignons) et faune du sol qui accélèrent considérablement le processus. En agriculture, où l'apport de résidus végétaux est plus limité que dans les milieux naturels, la matière organique peut être apportée par le fumier, le lisier ou les boues de stations d'épuration.

La matière organique qu'est l'humus joue en effet un rôle crucial dans la production d'un sol fertile puisqu'elle est combinée avec les ions du sol et donc source de nutriments nécessaires aux plantes. L'humification permet, entre autres, l’incorporation d’azote dans le sol, assurant ainsi un stockage de cet élément sous forme organique qui devient ensuite disponible pour les plantes après minéralisation. En plus d'être une source de nutriments, l'humus influe également sur les propriétés physiques du sol, telles que la capacité de rétention d'eau et d'éléments minéraux. L’humification est donc un processus particulièrement intéressant dans l’agriculture biologique et pour tous les agriculteurs souhaitant diminuer leur consommation d’engrais azotés.

Quels facteurs favorisent le processus d’humification ?

Étant donné les bienfaits qu'apporte l’humus pour la fertilité des sols, il est évident que son processus naturel de décomposition est à favoriser en agriculture. D'abord, les différentes formes de matière organique, telles que le fumier, le lisier, les boues de stations d'épuration ou même le compost, se décomposent et s'humifient à des rythmes variables en fonction de leur composition. En effet, leur teneur en azote joue un rôle prépondérant dans la vitesse de décomposition : plus la matière organique est riche en azote, plus sa décomposition est rapide. En agriculture, la décomposition de la matière organique et son incorporation dans le sol peuvent être activées par le travail de la terre. Les conditions climatiques, notamment la température et les précipitations, ont un impact significatif sur le processus. Des températures élevées (entre 30 et 40°C) et une humidité adéquate favorisent une humification efficace. Pour finir, le dernier facteur, mais non des moindres, est le type de sol. Ainsi, un pH situé entre 5,5 et 7 et une bonne aération du sol permettent la respiration des microorganismes et le transport de l'eau, ce qui accélère le processus d'humification. A l'inverse, un sol composé de calcaire ralentit l'humification.

Il faut savoir que l’humus contient environ 5% d’azote organique. Chaque année, environ 2 à 5 % de cet énorme pool d’azote est minéralisé. C'est une source de nutrition azotée non négligeable pour les cultures. De plus, l’humus s'associe à l’argile pour former un complexe : le Complexe Argilo-Humique. L’humus protège l’argile : en retenant l’eau, il évite sa dispersion. L’argile, quant à elle, protège l’humus de l’action des microorganismes en ralentissant sa minéralisation. Le tout forme un colloïde qui permet de stabiliser le sol. Il est donc important de favoriser l'humification pour qu'un sol soit fertile, stable, riche en matière organique et pour qu'il puisse décomposer les engrais organiques épandus.

Références :

BEAUCHAMP J., 2001. Les molécules humiques [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.u-picardie.fr/beauchamp/mst/humus.htm
CHAMBRE D'AGRICULTURE D'OCCITANIE, 2011. Les matières organiques du sol [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://occitanie.chambre-agriculture.fr/fileadmin/user_upload/National/FAL_commun/publications/Occitanie/GuidePO_Tome1_chapitre_2.pdf
DE HAAN, S., 1975. Humus, its formation, its relation with the mineral part of the soil, and its significance for soil productivity [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://edepot.wur.nl/214394
L. WERSHAW R., 2004. Evaluation of Conceptual Models of Natural Organic Matter (Humus) From a Consideration of the Chemical and Biochemical Processes of Humification [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://corpora.tika.apache.org/base/docs/govdocs1/228/228897.pdf
SEEN T.L. et al, 2012. A review of humus and humic acids [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://andersonshumates.com/wp-content/uploads/2012/09/A-Review-of-Humus-and-Humic-Acids.pdf
UNIVERSALIS, 2023. Influence des facteurs du milieu sur l'humification [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.universalis.fr/encyclopedie/humus/5-influence-des-facteurs-du-milieu-sur-l-humification/#:~:text=Trois%20facteurs%20dépendant%20du%20milieu,%27origin e%20(milieu%20minéral)
UNIVERSALIS, 2023. Processus biochimiques de l'humification [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.universalis.fr/encyclopedie/humus/3-processus-biochimiques-de-l-humification/

L’avenir des relations entre la Russie et l’Europe sur le marché des engrais azotés

Wed, 20 Mar 2024 19:04:25 GMT

Au beau milieu du réchauffement climatique, comment se profile l’avenir géopolitique et économique de la Russie et de l’Europe ? Perspectives sur la souveraineté alimentaire, sur les politiques adoptées ainsi que sur les alternatives pour un possible déclin de l’ultra-dépendance européenne au gaz russe, élément indispensable à la fabrication des engrais azotés.

La souveraineté alimentaire : un enjeu pour l’agriculture européenne fortement tributaire des importations de gaz et d’engrais azotés

La récente mise en évidence de la dépendance excessive de l’Europe à l’égard de la Russie en matière d’engrais a souligné la nécessité d’une reconfiguration profonde de la consommation et production de fertilisants à l’échelle mondiale. En effet, la volatilité des prix et les risques d’interruption des exportations peuvent compromettre la souveraineté alimentaire de l’Europe, c’est-à-dire sa capacité à produire suffisamment de nourriture pour sa population. En 2023, dans l’urgence, l’Europe a d’ailleurs décidé de prolonger le protocole d’accord sur la “promotion des produits alimentaires et engrais russes sur les marchés mondiaux”, afin de faciliter les exportations à partir de ports maritimes ukrainiens.

De toute évidence, la dépendance envers un seul et unique fournisseur expose l’Europe à des risques économiques, conflits géopolitiques et différends commerciaux, comme ceux observés lors de la guerre en Ukraine. Pour les éviter, l’Europe cherche à diversifier ses sources d’approvisionnement dans des pays producteurs tiers. Certains ont pu, depuis le début de la guerre, s'attirer les faveurs des Européens, mais sans pouvoir complètement contrebalancer la Russie. Parmi eux, on trouve l'Algérie, l'Égypte ou le Qatar, et même le petit État caribéen de Trinité-et-Tobago, gros fournisseur de solutions azotées ( Quentin Mathieu, responsable économie à la Coopération agricole, 2023 ).

Rappelons également que, même si la Russie fournit 40% du gaz en Europe, ce pourcentage varie d’un pays à l’autre. L’Autriche s’en dispense, tandis qu’il approvisionne la Finlande à hauteur de 100%. Pour la France, cette part reste limitée et représente moins de 20%. La France dispose en effet d’une grande façade maritime qui lui permet d’importer massivement du gaz liqué fié, en particulier celui qui lui vient tout droit des Etats-Unis. En revanche, chez nos voisins allemands, le gaz russe pèse très significativement et représente plus de 60% de leurs approvisionnements en gaz ( Patrice Geoffron , professeur d’économie à l’Université Paris-Dauphine, directeur de l’équipe Energie Climat, à France Culture, 2022 ). D'autant plus que leur dépend ance va être amenée à s’accroître du fait du projet Nord Stream 2 la reliant à la Russie via la mer Baltique ; dans un pays qui s’apprête non seulement à fermer ses dernières centrales nucléaires mais aussi à réduire l’usage du charbon.

Stratégie russe pour s’approcher de l’hyperpuissance agricole

Il s’avère que l’économie et la puissance politique de la Russie reposent essentiellement sur la production et l’exportation de gaz et d’engrais azotés. La dépendance vis-à-vis de ces ressources apparaît comme une fragilité au moment où s’engage un processus mondial de décarbonisation de l’économie. Afin de conserver son leadership géopolitique, la Russie aspire à devenir un acteur majeur, sinon l’acteur majeur, du complexe mondial des grains, céréales et oléagineux, en particulier dans le secteur du blé.

La conjoncture est en effet des plus favorables : le réchauffement climatique est tel que la Sibérie est la zone du monde qui se réchauffe le plus vite (deux fois et demie plus vite que la moyenne de la planète). Dans cette vaste région au nord du 45ème parallèle, des records de chaleurs sont régulièrement enregistrés et c’est ici que les anomalies positives de température sont les plus élevées. Le recul de 500 km vers le nord de la limite sud du pergélisol (ou permafrost) - terres gelées toute l’année - pourrait doubler la superficie cultivable de la Russie, atteignant les 420 millions d’hectares.

Ainsi, la hausse du thermomètre est une aubaine pour la Russie, qui pourrait transformer la Sibérie en un véritable grenier à grains de la planète. La production russe de grains pourrait atteindre un milliard de tonnes d’ici à 2080 ( Jean-Jacques Hervé, membre des Académies d’agriculture de France, de Russie et d’Ukraine & Hervé Le Stum, ancien directeur des céréaliers de France, au rapport Déméter, 2021 ). Avec une telle augmentation des rendements et des surfaces agricoles, la Russie est en train de mettre en œuvre des moyens colossaux. Ainsi, depuis 2021, sa stratégie s’oriente vers une limitation des exportations de gaz et d’engrais azotés vers l’Union Européenne pour subvenir aux besoins de l’agriculture sur son propre territoire. Sur le marché européen du gaz, la Russie est donc en train de laisser petit à petit place aux autres fournisseurs. Le retrait de Gazprom - géant russe connu pour l’extraction, le traitement et le transport de gaz naturel - sur les livraisons par gazoducs à l’UE aura fait de la Norvège le principal fournisseur de gaz avec presque 31% des importations de l’UE au quatrième semestre 2022.

Stratégie européenne en matière d’indépendance aux engrais russes

Dans les faits, la situation reste encore très floue : le marché est fragile et l’Europe peine à s’extirper de sa dépendance russe. Pour y mettre fin, un changement des pratiques s’impose. D’abord, au niveau de la dépendance au gaz destiné à la production d’engrais au sein même de l’Union Européenne, avec la mise en place progressive d’un “réseau de solidarité” avec les importations de gaz liquéfié américain et de gaz en provenance de Norvège, du Royaume-Uni et de l’Algérie. Une autre solution pourrait être l’accélération de la “sobriété énergétique” avec le développement d’énergies renouvelables, indique Patrice Geoffron. On peut également noter, en Norvège, l’expérimentation de la production d’azote à partir de l’hydrolyse de l’eau, et non plus du gaz; ou bien la production de gaz sous la forme de biométhane.

Par ailleurs, selon Europe Ecologie Les Verts, il est possible de “nourrir l’Europe sans engrais de synthèse, comme l’illustre déjà l’agriculture biologique”. En effet, les élevages intensifs mobilisent indirectement - à eux seuls - 80% des engrais azotés de synthèse ( EELV, 2022 ). Encourager l’agriculture biologique reviendrait donc à réduire notre dépendance aux engrais azotés, via l’utilisation de sources d’azote naturelles : engrais organique (guano, algues,...), engrais RENURE (azote récupéré à partir d’effluents d’élevage), biofertilisants et légumineuses fixatrices d’azote. Mais la bio peut-elle nourrir l’Europe ?

Il est certain qu’une gestion plus intelligente de l’azote est essentielle afin de se rapprocher de son cycle naturel, qui a été fortement perturbé pour augmenter la productivité. En France, certains agriculteurs ont d’ailleurs déjà commencé à réduire leurs quantités d’engrais épandus. Selon les chiffres de l’Union des Industries de la Fertilisation (Unifa), les livraisons d'engrais minéraux en France ont chuté de 24% pour la campagne 2022-2023 par rapport à la campagne précédente. Cette gestion plus efficace peut passer notamment par le biais de pratiques agricoles durables telles que la rotation des cultures, l'utilisation de couverts intermédiaires et de cultures moins gourmandes en engrais (colza ou tournesol), sans oublier l’établissement de niveaux optimaux de pH des sols, l’agroforesterie et la fertilisation ciblée.

Au niveau européen, considérant que les pénuries d’engrais peuvent avoir des répercussions sur les cultures de demain, la Commission a adopté en 2021 la stratégie “De la ferme à la fourchette”. L’image est parlante et les objectifs sont clairs : réduire de 20% l’utilisation d’engrais azotés, et passer un quart des surfaces agricoles en bio au sein de l’UE d’ici à 2030 ( Parlement européen, 2023 ). La PAC soutient, par ailleurs, des méthodes alternatives à l'utilisation des engrais par le biais de ses éco-programmes ( Sénat, 2023 ).

La souveraineté alimentaire de l’agriculture européenne, indéniablement liée à la question de l’azote, voit donc s’esquisser plusieurs marges de manœuvre. Même si, aujourd’hui, “l’Europe est incapable d’être autosuffisante”, c’est à plus long terme que l’on pourrait rémedier aux engrais azotés ( Nicolas Ferenczi , 2023 ). L’investissement dans la recherche et le développement de nouvelles technologies agricoles durables reste un enjeu majeur dans les années à venir, et pourrait apporter des solutions pérennes pour une économie européenne circulaire et indépendante ( Commission européenne, 2022 ).

Références :

Chambre d’agricul ture Normandie , 2022. Les marchés des engrais bouleversés par la guerre en Ukraine [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://normandie.chambres-agriculture.fr/fileadmin/user_upload/Normandie/506_Fichiers-communs/PDF/Actualite/E1_Engrais_marches_FF-.pdf
Commission européenne , 2022. Préserver la sécurité alimentaire et renforcer les systèmes alimentaires [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://eur-lex.europa.eu/legal-content/FR/TXT/HTML/?uri=CELEX:52022DC0133&from=MT
DEMARAIS A., NOCETTI J. , 2023. Les nouvelles armes de la Russie [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://legrandcontinent.eu/fr/2023/05/03/les-nouvelles-armes-de-la-russie/
FAO, 2023. Impact du conflit russo-ukrainien sur la sécurité alimentaire mondiale et questions connexes relevant du mandat de l’Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.fao.org/3/nj194fr/nj194fr.pdf
HERVE J.-J., LE STUM H., LE D Eméter , 2021. Sibérie, futur grenier à pain du monde ? [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://gpthome69.files.wordpress.com/2021/03/siberie-futur-grenier-a-grains_le-demeter_2021.pdf
IPES-FOOD, 2022. Another perfect storm? [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.ipes-food.org/_img/upload/files/AnotherPerfectStorm.pdf
LE STUM H., 2018. Russie - Le retour des blés d'or [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.cairn.info/revue-paysan-et-societe-2018-2-page-37.htm
Parlement européen , 2023. Résolution du Parlement européen du 16 février 2023 sur la communication de la Commission concernant la garantie de la disponibilité et du caractère abordable des engrais [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.europarl.europa.eu/doceo/document/TA-9-2023-0059_FR.html
Sénat , 2022. Rapport d'information n° 755 - Cinq plans pour reconstruire la souveraineté économique [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.senat.fr/rap/r21-755/r21-7556.html
Sénat , 2023. Comptes rendus de la Commission des Affaires Européennes - Table ronde Energie, Climat, Transports [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.senat.fr/compte-rendu-commissions/20230227/europ.html

Comment réaliser mon bilan azoté prévisionnel ?

Wed, 20 Mar 2024 18:55:53 GMT

En matière de protection de la qualité des eaux, la lutte contre la pollution diffuse par les nitrates est un enjeu important. Avec la publication début 2023 du septième programme d’actions national “nitrates”, le raisonnement de la fertilisation azotée à l’échelle de l’exploitation agricole est, plus que jamais, un sujet d’actualité.

Le cycle biogéochimique de l'azote

L’azote (N) est un élément nutritif essentiel à la croissance des plantes. Celles-ci s'alimentent majoritairement en nitrate à partir de l'azote présent dans le sol. Seules certaines d’entre elles - les légumineuses - ont la faculté de fixer le diazote de l'air par le biais d’associations symbiotiques avec des bactéries Rhizobium. L’azote présent dans le sol peut l’être sous différentes formes : organique, sa forme majoritaire, ou minérale (nitrate NO 3 -, ammonium NH 4 +, urée CO(NH 2 ) 2 ). En raison de l’activité biologique du sol, l’azote transite d’une forme à une autre dans ce que l’on appelle le “cycle biogéochimique de l’azote”.

Au cours de ce cycle biogéochimique, ce qui intéresse la plante d’un point de vue agronomique est la forme minérale nitrate NO 3 -. Ce nitrate provient de différentes sources :

la minéralisation de l’azote organique du sol, des résidus de récolte, des produits résiduaires organiques et des cultures intermédiaires pièges à nitrates (CIPAN)
les apports atmosphériques et l’irrigation
les apports de fertilisants azotés

Mais, le prélèvement par les plantes n’est pas le seul processus responsable de la sortie d’azote de la solution du sol. Des pertes sont possibles par entraînement dans les eaux de drainage (lixivation) ou par dénitrification et volatilisation sous forme de gaz. L’azote peut aussi être exporté en dehors de la parcelle agricole du fait du pâturage par les animaux ou de la récolte de produits végétaux. Ces exportations et pertes d’azote sont majoritairement compensées par des apports d’engrais azotés minéraux ou organiques. Mais, pour équilibrer la fertilisation azotée, il faut être capable d’estimer la dose optimale d’azote nécessaire pour les plantes.

La notion de dose optimale d'azote

L’azote est très souvent le premier facteur limitant de la production agricole : un manque d’azote empêche d’atteindre l’objectif de rendement, mais une surfertilisation peut à l’inverse provoquer des pertes de rendements (risques de verse sur céréales). Le défi repose donc sur la définition de la dose optimale d’azote à apporter pour répondre aux besoins en azote des plantes, et pour que le sol soit dans les meilleures conditions : ni trop, ni trop peu. Ces besoins se définissent par les quantités d’éléments nutritifs prélevées par une culture nécessaires et suffisantes pour atteindre un objectif de production et un niveau de qualité fixés ( COMIFER, 2023 ).

De plus, au sein d’une exploitation agricole, il existe un autre enjeu du raisonnement de la fertilisation azotée, qui n’est pas des moindres : l’optimisation économique. Face à la hausse du prix des engrais, il paraît nécessaire pour les agriculteurs de modérer au maximum leur fertilisation pour éviter les dépenses inutiles.

Pour finir, il est indispensable de limiter les atteintes à l’environnement. En plus des conséquences du nitrate sur la qualité de l’eau, les fertilisants azotés peuvent également avoir un impact sur la qualité de l’air, par le biais de pertes d’azote sous forme gazeuse. Ainsi, l’oxyde nitreux, issu de la dénitrification du nitrate, contribuerait à 20 % de l’effet de serre global. Or l’agriculture et la sylviculture seraient responsables de plus de 80 % des émissions de cette molécule ( CITEPA, 2020 ).

Conformément à l’arrêté du 19 décembre 2011 relatif au programme d’actions national “nitrates”, le calcul de la dose optimale prévisionnelle d’azote à apporter est obligatoire pour tout îlot cultural recevant des fertilisants azotés. Mais le détail du calcul n’est pas exigé pour les CIPAN et les cultures recevant une quantité d’azote total inférieure à 50 kg par ha.

Méthode du bilan azoté prévisionnel

Afin de déterminer la dose optimale d’azote à épandre, il faut être capable d’estimer les différents flux d’azote à l’échelle de l’exploitation dans chaque parcelle et pour chaque culture. Ces phénomènes dynamiques ont été intégrés dans une méthode de calcul opérationnelle qui s’applique à la plupart des grandes cultures : le bilan azoté prévisionnel. Son objectif est d’équilibrer les fournitures d’azote au sol en fonction des besoins en azote des cultures. La durée du bilan est variable selon la culture mais est toujours inférieure à un an. La date d’ouverture correspond au semis pour les cultures de printemps et à la sortie d’hiver pour les cultures d’hiver. La date de fermeture correspond quant à elle à la date de récolte. Cette méthode est retenue au niveau national dans le cadre des programmes d’actions “nitrates” comme l’outil de référence pour garantir l’équilibre de la fertilisation azotée.

Le bilan azoté prévisionnel est basé sur le principe du bilan de masse. Par conséquent, l’état final du système correspond à l’état initial, additionné de ce qui est entré et soustrait de ce qui est sorti : état final = état initial + entrées - sorties avec :

état final : quantité d’azote à la fermeture du bilan (post-récolte)
état initial : quantité d’azote à l’ouverture du bilan (semis ou sortie d’hiver)
entrées : fournitures d’azote (engrais, minéralisation de la matière organique du sol, produits résiduaires organiques, CIPAN, résidus de culture,…)
sorties : quantité d’azote absorbé par la culture et pertes d’azote (lixivation, volatilisation, dénitrification)

Pour optimiser la fertilisation azotée, il suffit donc d’équilibrer les entrées et les sorties, afin que la quantité d’azote restant dans le sol à la récolte soit la plus faible possible. L’équation du bilan azoté peut donc être formulée de manière à calculer la dose prévisionnelle d’engrais azoté à épandre :

dose d’engrais azoté = besoins culture - fournitures en azote

Soit : dose d’engrais azoté = (Nf + Rf + L) - (Pi + Ri + Mh + Mr + MrCi + Mpro + Mhp + Nirr)

Avec, en kg d’azote minéral / ha :

Nf : quantité d’azote absorbée par la culture à la fermeture du bilan ( besoin net ) : exprimée en multipliant l’objectif de rendement (moyenne des 3 meilleurs rendements obtenus lors des 5 dernières années) avec le besoin en azote de la culture (en moyenne de 3 kg/q)
Rf : quantité d’azote minéral restant dans le sol à la fermeture du bilan et non utilisée par la culture ( reliquat post-récolte ) : dépend de la profondeur du sol et de sa texture; plus le sol est argileux, plus il reste d’azote.
L : pertes de nitrates dissous dans les eaux ( pertes par lixiviation ) : on considère que les pertes d’azote gazeuses par volatilisation ou dénitrification sont compensées par les apports d’azote atmosphérique des précipitations et fixation symbiotique
Pi : quantité d’azote réellement absorbée par la culture depuis le semis à l’ouverture du bilan ( azote déjà absorbé ) : valeur égale à 0 pour les cultures de printemps
Ri : quantité d’azote minéral dans le sol à la fin de l’hiver et disponible pour la culture ( reliquat sortie hiver ) : varie selon la pluviométrie hivernale et le type de sol
Mh : minéralisation de l’humus du sol : dépend de la période de présence de la culture, de la teneur en humus, du pH et de la teneur en calcaire du sol
Mr : minéralisation des résidus de récolte du précédent cultural ( effet du précédent ) : il existe 3 types de précédents, ceux ne fournissant pas d’azote minéral (maïs ensilage, tournesol…), ceux libérant de l’azote lors de la décomposition des résidus de récolte (colza, betterave) et pour finir ceux qui immobilisent l’azote par leur décomposition (maïs grain, céréales à pailles enfouies…)
MrCi : minéralisation des résidus de culture intermédiaire ( effet CIPAN ) : dépend du couvert végétal et de la date de destruction.
Mpro : minéralisation de l’azote organique des produits résiduaires organiques ( amendements organiques ) : un épandage libère de l’azote rapidement par effet direct mais aussi les années suivantes par arrière-effet.
Mhp : minéralisation organique due à un retournement de prairie : dépend de la durée de la prairie et de la date du retournement - la minéralisation s’effectue sur de nombreuses années.
Nirr : azote apporté par l’eau d’irrigation : calculé selon la teneur en nitrates de l’eau

Le reliquat azoté sortie hiver ( Ri ) s’agit du seul poste du bilan prévisionnel qui est mesurable par une analyse de sol effectuée entre janvier et février. Tous les autres sont estimés ou calculés à l’aide de tables de référence ou de modèles agro-climatiques disponibles sur les sites du COMIFER, de l’INRA ou des Chambres d’Agriculture. Ces postes non-mesurables dépendent des conditions pédoclimatiques (température, humidité et aération du sol) et du système de culture. A noter que la méthode du bilan azoté prévisionnel - comme son nom l’indique - délivre une dose prévisionnelle mais ne garantit pas un rendement. Il est donc nécessaire d’ajuster la dose au cours de la campagne culturale.

Références :

ABRAS M. et al, 2013. Prospects for improving the provisional nitrogen fertilization recommendation at field scale in Wallonia using the AzoFert® software [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://popups.uliege.be/1780-4507/index.php?id=9700
CHAMBRE D’AGRICULTURE NORMANDIE , 2022. Guide de calcul des doses d'azote [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://normandie.chambres-agriculture.fr/fileadmin/user_upload/Normandie/506_Fichiers-communs/PDF/DIRECTIVE_NITRATES/Guide-calcul-previsionnel-des-doses-azote.pdf
CITEPA (Centre interprofessionnel technique d'études de la pollution atmosphérique) , 2020. Gaz à effet de serre [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.citepa.org/wp-content/uploads/1.1-GES_2020.pdf
COMIFER (COMITÉ FRANÇAIS D’ETUDE ET DE DÉVELOPPEMENT DE LA FERTILISATION RAISONNÉE), 2023. Postes du bilan prévisionnel d'azote [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://comifer.asso.fr/postes-du-bilan-previsionnel-d-azote/
DREAL - PAYS DE LA LOIRE, 2022. Programme d'actions national nitrates [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.pays-de-la-loire.developpement-durable.gouv.fr/programme-d-actions-regional-nitrates-a4592.html
L'AGRO REPORTER, 2013. Méthode du bilan azoté [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://agro-reporter.blogspot.com/2013/11/methode-du-bilan-azote-episode-13-les.html
PROGRAMME D'ACTIONS NATIONAL NITRATES, 2020. Lien entre azote, nitrate, agriculture et pollution [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://programme-nitrate.gouv.fr/lazote-est-element-indispensable-a-lagriculture-il-peut-entrainer-pollutions.html

Les filières biochar en plein essor : exemple des plantations d’ananas du Costa Rica

Fri, 08 Mar 2024 10:34:12 GMT

Le biochar, ce nouvel or noir pour le climat, témoigne des nombreux efforts déployés par le Costa Rica pour réduire l’impact environnemental de ses plantations d’ananas. Il pourrait bien permettre de relever les défis mondiaux liés à la production alimentaire et au changement climatique.

Une agriculture costaricienne soumise aux pressions écologistes

Le Costa Rica, réputé pour la beauté de ses paysages et la richesse de sa biodiversité, est un pays regorgeant de traditions agricoles. Ce petit pays de 54 000 kilomètres carrés a souvent été admiré pour sa stabilité économique. L’agriculture primaire y est en effet bien diversifiée : café, riz, sucre de canne, coton, bananes, ananas, autres fruits et légumes, ainsi que les cultures à cycle court, l’élevage d’embouche et de laiterie, et les plantations de forêts ( FAO, 2004 ). Ces terres agricoles sont d’ailleurs le plus souvent situées côté Pacifique, notamment dans la région fertile de Guanacaste, irriguée par le fleuve Tempisque, le plus important du pays. Les exploitations moyennes, de 3 à 10 hectares, sont les plus courantes ; celles plus grandes sont rares et aux mains de sociétés internationales pour le commerce de l’huile de palme, de l’ananas ou du riz.

En raison de l’abondance d’écosystèmes fragiles - forêts tropicales, mangroves, récifs coralliens - et d’espèces endémiques menacées d’extinction au Costa Rica, l’agriculture est régulièrement soumise à des pressions écologistes. Elles se concentrent sur trois problèmes majeurs :

La déforestation : L’expansion de l’agriculture, en particulier des cultures de rente comme la banane, l’ananas et le palmier à huile, a entraîné la déforestation de vastes étendues de terres, provoquant une perte de biodiversité et d’habitats pour de nombreuses espèces animales et végétales.
L’utilisation intensive de pesticides : Cette utilisation excessive de pesticides dans l’agriculture costaricienne contribue à la contamination des cours d’eau, des sols et des écosystèmes aquatiques, mettant en péril la santé humaine et la biodiversité.
La pollution de l’eau : Les pratiques agricoles, telles que l’élevage intensif et l’utilisation sans modération d’engrais azotés chimiques, participent à la pollution des rivières et nappes phréatiques, affectant la qualité de l’eau potable et des écosystèmes aquatiques.

De ce fait, au Costa Rica, les fruits tropicaux, cultivés quasiment uniquement en monoculture intensive, sont les plus problématiques. C’est dans le secteur de l’ananas que la situation est la plus alarmante.

L'ananas : une culture intensive nécessitant de forts apports en engrais azotés

Petit rappel historique : Dans les années 60, la production d’ananas au Costa Rica était encore artisanale et destinée à la consommation locale. Avec l’arrivée dans les années 80 des multinationales, la production massive et industrielle a commencé, avec l’utilisation importante de procédés de maturation pour l’exportation internationale et, surtout, d’engrais azotés. Si la totalité de la production était auparavant réservée à la consommation locale, de nos jours, elle ne représente plus que 7% ( CANAPEP, 2018 ). Ainsi, la culture de l'ananas au Costa Rica est une activité agricole majeure et place ce pays au rang de premier producteur et exportateur d’ananas frais au monde, à destination essentiellement de l’Union Européenne (44%) et des Etats-Unis (53%) ( CANAPEP, 2019 ).

En ce qui concerne la culture de l’ananas, le climat tropical du Costa Rica - avec des températures chaudes et une saison des pluies marquée - offre des conditions idéales. La plupart des plantations utilisent des méthodes de culture intensives. Les ananas sont cultivés en monoculture sur de vastes plantations qui couvrent des hectares de terres de moins en moins fertiles. En outre, l’ananas a un pouvoir d’enracinement très faible. C’est-à-dire que les racines, peu profondes, ont du mal à capter l’azote, élément essentiel pour la croissance et le développement des plantes. Les sols doivent donc être préparés et fortement enrichis en azote - appliqué généralement sous la forme d’engrais azotés chimiques - pour pouvoir accueillir l’ananas et maximiser le rendement des cultures. D’autant plus que les besoins azotés de ce fruit, en raison de sa croissance rapide, sont importants, notamment pour la star mondiale, la Golden, variété originaire des USA, remarquable pour sa saveur deux fois plus sucrée et la couleur dorée de sa chair.

Seulement, la culture intensive de l’ananas peut avoir des impacts environnementaux négatifs. Citons entre autres la déforestation, la lixiviation de l’azote dans les eaux souterraines entraînant une pollution de l’eau, l’appauvrissement des sols dû à la monoculture, mais également la gestion des déchets. En effet, “pour chaque kilogramme de fruit produit, presque trois fois plus de déchets de feuilles d’ananas sont générés” ( Duong Hai Minh, professeur à l'université nationale de Singapour, 2020 ). Or, généralement, les agriculteurs - encombrés par ce sous-produit volumineux et fibreux - le brûlent ou le laissent pourrir dans la nature, créant des gaz à effet de serre indésirables ou d’autres polluants. Mais, de nouveaux procédés ont été développés ces dernières années pour valoriser ces résidus agricoles. Par exemple, il a été inventé une technique qui permet de convertir les déchets d'ananas en précieux aérogels, matériaux utilisés pour l’isolation thermique et acoustique. Cette découverte datant de 2018 a amorcé un premier pas du Costa Rica vers une agriculture durable et une meilleure gestion des déchets.

Le biochar, une alternative à la fertilisation azotée intensive ?

Face aux 76,4 millions de tonnes de déchets de feuilles d’ananas générés par an, une autre alternative, le biochar - qui a été développée dans de nombreux secteurs à travers le monde - a aussi fait ses preuves dans le cadre des plantations d’ananas au Costa Rica. En effet, elle permettrait, via le “recyclage” des déchets de feuilles, de s’affranchir des apports conséquents en engrais azotés. Le biochar, matériau riche en carbone, est un charbon d’origine végétale obtenu par pyrolyse de la biomasse de matières organiques d’origine diverse. Au vu de la quantité colossale de déchets de feuilles d’ananas produits chaque année, le Centre de recherche sur la pollution de l’environnement (CICA) a décidé de l’exploiter pour la fabrication de biochar. Ils sont donc broyés de manière à obtenir du biochar qui sera épandu sur les terres agricoles. Comme démontré dans d’autres régions du monde, le biochar améliorerait la fertilité des sols et réduirait les effets négatifs des engrais sur l’environnement. Il augmente la rétention des éléments nutritifs en améliorant la capacité d’échanges des cations et anions ( Liang et coll. 2006 ), et stimule l’activité des microorganismes et symbioses dans les sols ( Warnock et coll., 2007 ). Il joue également un rôle de fixation du carbone dans le sol, ce qui explique son intérêt dans le contexte des préoccupations concernant le changement climatique.

L’ananas étant très sensible aux parasites et maladies, dans le but d’éviter au maximum l’utilisation de pesticides - déjà trop élevée dans ce pays -, le but pour les agriculteurs est de faire arriver le fruit à maturité le plus rapidement possible. Pour cela, un fort apport en engrais et un sol fertile sont nécessaires. Le recours au biochar pourrait permettre de concilier plusieurs objectifs : devenir un pays neutre en carbone et rester le premier producteur mondial d’ananas, tout en aidant les producteurs à cultiver des fruits de manière plus rentable et écologique.

Ce nouveau type d’amendement du sol pourrait ainsi contribuer à réduire l’utilisation d’engrais ainsi que les émissions de gaz à effet de serre. En effet, “la majorité des producteurs d’ananas épandent plus d’engrais qu’il n’est nécessaire, et une grande partie de ces substances se perd dans l’atmosphère sous forme de gaz à effet de serre ou pollue les cours d’eaux et les eaux souterraines”, explique Cristina Chinchilla, chercheuse agronome au CICA de l’Université du Costa Rica.

Pour confirmer les avantages de l’utilisation du biochar, les experts du CICA épandent des engrais marqués à l’aide d’un isotope radioactif stable, l’azote 15 (15N). Grâce à cette technique, ils peuvent suivre la quantité d’azote qui est soit absorbée par les plantes, soit perdue dans l’atmosphère sous forme de gaz à effet de serre ou dans les eaux de surface et les eaux souterraines. Ainsi, il leur est possible de déterminer l’efficacité avec laquelle les cultures assimilent les engrais quand elles sont cultivées sur un sol riche en biochar, et ainsi d’optimiser l’usage de ces derniers dans les exploitations agricoles ( IAEA, Laura Gil, 2028 ).

En parallèle, en France, des associations comme AILE (Association d’Initiatives Locales pour l’Energie et l’Environnement) et B2E (Bretagne Eco-Entreprises) ou bien l’Université UniLaSalle de Rennes étudient les nouveaux débouchés pour des biochar à base de biomasse sous-valorisée. La filière biochar reste à structurer, notamment la mise en place d’un cadre réglementaire et la baisse des coûts de production, mais les perspectives sont très prometteuses et laissent entrevoir une croissance exponentielle ( INTERREG THREE C, 2022 ).

Références :

BLANCO PICADO P., Universidad de Costa Rica , 2018. El biocarbón o biochar: una alternativa novedosa al tratamiento de los desechos de la piña [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.ucr.ac.cr/noticias/2018/06/21/el-biocarbon-o-biochar-una-alternativa-novedosa-al-tratamiento-de-los-desechos-de-la-pina.html
CANAPEP (Chambre Nationale des producteurs et exportateurs d'ananas du Costa Rica ), 2020. Historia de la piña en Costa Rica [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://canapep.com/historia-de-la-pina-en-costa-rica/
CANAPEP, 2021. Statistiques [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://canapep.com/estadisticas/
CICA ( Centre de recherche sur la pollution de l’environnement de l’Université du Costa Rica) , 2018. Investigación busca producir Biochar a base de rastrojo de Piña para el mejoramiento del suelo [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://cica.ucr.ac.cr/investigacion-busca-producir-biochar-a-base-de-rastrojo-de-pina-para-el-mejoramiento-del-suelo/
COECO CEIBA ( COmunidades ECOlogistas la Ceiba, Costa Rica) , 2022. Resolver la crisis alimentaria mundial mediante el cambio de sistema [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.coecoceiba.org/resolver-la-crisis-alimentaria-mundial-mediante-el-cambio-de-sistema/
FAO, 2001. Rapport de la deuxième session du groupe intergouvernemental sur la banane et les fruits tropicaux [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.fao.org/3/Y6111f/Y6111f.htm
FAO, 2015. Profil du pays - Costa Rica [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.fao.org/aquastat/fr/countries-and-basins/country-profiles/country/CRI
GALINDO A., IAE A (International Atomic Energy Agency) , 2018. Le Costa Rica améliore l’utilisation des engrais et mesure les émissions de gaz à effet de serre en mettant à contribution la science nucléaire [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.iaea.org/fr/bulletin/le-costa-rica-ameliore-lutilisation-des-engrais-et-mesure-les-emissions-de-gaz-a-effet-de-serre-en-mettant-a-contribution-la-science-nucleaire
GIL L., IAEA 2018. Costa Rica paves the way for climate-smart agriculture [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.iaea.org/sites/default/files/publications/magazines/bulletin/bull59-1/5911011.pdf
INTERREG THREE C, 2022. Creating the circular carbon economy [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://threec.eu/

Russie : Les dangers de la dépendance européenne sur le marché des engrais

Fri, 22 Sep 2023 07:45:43 GMT

Engrais azotés, gaz naturel, instabilité géopolitique, pénuries et volatilité des prix : la guerre en Ukraine nous a cruellement rappelé qu’en matière d’engrais, l’Europe peut difficilement échapper à la domination de la Russie.

Les engrais azotés et leur contexte géopolitique mondial

Il est bien connu que l’azote est un élément essentiel à la croissance des tiges et des feuilles des plantes supérieures, notamment des céréales. L’azote absorbé par la plante peut provenir soit de la minéralisation de la matière organique du sol, soit de l’apport de fertilisants azotés minéraux, sous forme liquide (solution azotée) ou de granulés (ammonitrate et urée). Contrairement à la potasse et au phosphore, issus de minerais extraits du sous-sol, ces engrais azotés sont produits à partir d’ammoniac obtenu en combinant l’azote de l’air et l’hydrogène provenant du gaz naturel. Problème : le prix du gaz naturel participe à hauteur de plus de 80% du coût de fabrication des engrais azotés minéraux. Or, tous les pays ne disposent pas des mêmes ressources de gaz naturel. Les Etats-Unis, premier pays producteur de gaz, s’arrogent ainsi près de 20 % de la production totale mondiale et sont talonnés par la Russie qui en dégage 18%.

La pandémie de Covid-19 puis l’invasion de l’Ukraine par la Russie ont mis en exergue les relations d’interdépendance économique entre la Russie et l’Europe. La situation alimentaire mondiale n’a pas viré à la pénurie totale, mais elle demeure des plus tendues. La production des engrais, aussi stratégiques que le pétrole ou le gaz, reste concentrée entre les mains de pays très influents, et qui semblent bien résolus à profiter de la situation.

Profondes mutations sur le marché des engrais

Le marché mondial des engrais s’est métamorphosé ces dernières années. L’Europe et les Etats-Unis n’en sont plus les principaux leaders. On assiste au basculement de la demande vers les pays émergents qui ont vu leurs besoins alimentaires croître à un rythme soutenu. Désormais le Brésil, l’Inde et l’Argentine sont les premiers importateurs mondiaux d’engrais, et pèsent donc fortement sur le marché. Acteur clé du commerce des engrais, la Chine est, quant à elle, une des puissances qui produit le plus d’engrais azotés au monde tout en exportant de moins en moins. Elle restreint en effet progressivement ses exportations d’engrais afin d’approvisionner en priorité son marché national, ce qui tend encore davantage le marché international.

En 1989, l’Europe représentait 21% de la consommation mondiale d’engrais. Aujourd’hui, sa part a considérablement diminué et ne représente plus que 9%. Derrière la domination de l’Asie qui concentre désormais les ⅔ de la production et consommation mondiales, l’Europe ne peut plus peser sur la demande, le marché est déséquilibré, et les agriculteurs se retrouvent soumis aux variations du marché mondial.

Déséquilibres sur l’accès aux ressources en gaz

Face à l’augmentation significative de la demande en engrais azotés, le coût du gaz a joué un rôle prépondérant dans la délocalisation des lieux de production d’engrais. Ils se sont reportés vers des zones disposant d’importantes ressources de gaz - à bas coût d’exploitation - pour l’extraction, la transformation et le transport. Ainsi, en 2008, la Russie, le Qatar et l’Iran, détenteurs de 60% des réserves mondiales de gaz ( CIA World Factbook, 2021 ), ont-ils décidé de former une “troïka” du gaz, aussi surnommée “cartel” du gaz. Les termes sont évocateurs ! Cet éloignement entre sites de production et bassins de consommation aura donc favorisé l’incertitude sur la production et l’approvisionnement d’engrais, augmentant ainsi la volatilité des prix et laissant place à la spéculation. Ce sujet de volatilité du marché des engrais est une préoccupation majeure puisqu’il se traduit par des risques économiques importants pour les agriculteurs.

Guerre en Ukraine : mise en lumière des liens d’interdépendance entre la Russie et l'Europe sur le marché des engrais azotés

Le marché européen des engrais azotés est désormais soumis à l’évolution du contexte géopolitique mondial. On le voit bien avec la Russie qui a récemment mis à profit sa position dominante sur la production d’engrais et de gaz pour en faire des armes politiques ( Parlement européen, 2023 ). Le contexte est posé : après la forte reprise économique post-Covid, et le prix des engrais commençant à flamber dès début 2021 à cause de stocks trop bas ( Chambre d’agriculture Normandie, 2022 ), l’invasion de l’Ukraine par la Russie en 2022 a profondément bouleversé un marché des engrais déjà chahuté. En effet, l'Europe produit certes une partie de ses engrais, mais cela est loin d'être suffisant pour répondre à ses besoins et, surtout, la production est quasiment entièrement dépendante de gaz importé. Son sort est donc tout particulièrement lié à la Russie, dans la mesure où 40% de son approvisionnement en gaz proviennent de ce pays ( Jacob Hansen, directeur général de Fertilizers Europe, l’Association européenne des fabricants d’engrais, à EURACTIV, 2022 ).

Quand Vladimir Poutine, pour faire pression, a décidé de “couper le robinet du gaz” via le gazoduc Nord Stream en septembre 2022 - suite à la proposition de la Commission européenne d’instaurer un plafonnement des prix -, l’Europe a ainsi assisté à une flambée spectaculaire du prix du gaz, au point que 70% des fabricants européens d’engrais ont cessé leur production. Toutefois, si les importations en engrais depuis la Russie se sont quasiment taries suite à cet épisode, elles ont repris depuis la fin de l’année 2022 ( Nicolas Ferenczi, responsable des affaires internationales de l’Association Générale des Producteurs de Blé, 2023 ). Concernant la production européenne, celle-ci a redémarré mais certaines usines ne tournent pas encore à plein régime et 30% sont toujours à l’arrêt.

Toujours est-il que cette guerre a créé une instabilité politique et économique ainsi que de fortes répercussions sur le secteur des engrais. Elle a mis en lumière la dépendance accrue des pays européens aux importations d’engrais et de gaz russes . Cette situation de dépendance concerne aussi de nombreuses régions du monde comme l'Afrique ou encore l'Amérique du sud qui subissent de plein fouet la volatlité des prix. Si les prix se rapprochent depuis peu de leurs niveaux d’avant-guerre, le conflit va continuer à peser sur les marchés à court et long terme. La question qui se pose maintenant est de savoir quelles sont les solutions alternatives durables pour la production d'engrais azotés.

Références :

Chambre d’agricul ture Normandie , 2022. Les marchés des engrais bouleversés par la guerre en Ukraine [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://normandie.chambres-agriculture.fr/fileadmin/user_upload/Normandie/506_Fichiers-communs/PDF/Actualite/E1_Engrais_marches_FF-.pdf
Commission européenne , 2022. Préserver la sécurité alimentaire et renforcer les systèmes alimentaires [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://eur-lex.europa.eu/legal-content/FR/TXT/HTML/?uri=CELEX:52022DC0133&from=MT
DEMARAIS A., NOCETTI J. , 2023. Les nouvelles armes de la Russie [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://legrandcontinent.eu/fr/2023/05/03/les-nouvelles-armes-de-la-russie/
FAO, 2023. Impact du conflit russo-ukrainien sur la sécurité alimentaire mondiale et questions connexes relevant du mandat de l’Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.fao.org/3/nj194fr/nj194fr.pdf
IPES-FOOD, 2022. Another perfect storm? [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.ipes-food.org/_img/upload/files/AnotherPerfectStorm.pdf
Parlement européen , 2023. Résolution du Parlement européen du 16 février 2023 sur la communication de la Commission concernant la garantie de la disponibilité et du caractère abordable des engrais [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.europarl.europa.eu/doceo/document/TA-9-2023-0059_FR.html
Sénat , 2022. Rapport d'information n° 755 - Cinq plans pour reconstruire la souveraineté économique [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.senat.fr/rap/r21-755/r21-7556.html
Sénat , 2023. Comptes rendus de la Commission des Affaires Européennes - Table ronde Energie, Climat, Transports [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.senat.fr/compte-rendu-commissions/20230227/europ.html

Les engrais azotés : un enjeu géopolitique

Fri, 22 Sep 2023 07:44:11 GMT

Dans les années 1960, les pays en développement ont adopté une politique de réforme agricole visant à remédier aux pénuries alimentaires. Connue sous le nom de révolution verte, cette initiative avait pour objectif d'améliorer les pratiques agricoles afin d'accroître la productivité. Une des mesures phares était fondée sur l'utilisation intensive d'engrais azotés de synthèse. En effet, l'avènement quelques années plus tôt du procédé Haber-Bosch - qui synthétise de l'ammoniac à partir d'azote atmosphérique et de gaz naturel - a permis une certaine indépendance de l'agriculture vis à vis des amendements organiques . Dès lors, les engrais minéraux sont devenus la principale source de fertilité, parfois même la seule, ce qui a considérablement contribué à l'augmentation des rendements.

Cependant, ces engrais azotés de synthèse suscite l'inquiétude des agriculteurs comme les états, tant sur le plan environnemental que géopolitique. Le président de l’Organisation Mondiale des Agriculteurs, Theo De Jager, déclarait d’ailleurs en mai 2022 sur la question de la disponibilité des engrais que "nous sommes déjà au milieu d’une crise alimentaire dont il faut désormais évaluer l’ampleur et la gravité" . L’approvisionnement en engrais azotés joue donc un rôle majeur dans la sécurité alimentaire mondiale et implique des enjeux géopolitiques forts.

Seulement quelques nations pèsent sur le marché des engrais azotés

Le procédé Haber-Bosch dépend essentiellement du gaz naturel, une ressource inégalement répartie dans le monde et qui se concentre dans certains pays comme la Russie, l'Iran ou le Qatar. Ainsi, les pays d épourvus de gisements de gaz se trouvent en situation de dépendance pour maintenir et développer leur souveraineté alimentaire. Ils doivent compter sur l’importation quasiment exclusive soit d’engrais azotés sous forme de produit fini, soit de gaz naturel pour produire les engrais sur leur territoire. Les principaux producteurs de gaz sont donc tout naturellement les principaux exportateurs d'engrais, avec la Russie qui concentre 17,4% de la production mondiale de gaz, la Chine 5,2%, et le Moyen-Orient 4,4%. A eux-trois, ils représentent presque 40% des exportations mondiales d’engrais azotés, dont le reste du monde est entièrement dépendant pour se nourrir.

En France, ces quinze dernières années, la dépendance aux importations d'engrais azotés a considérablement augmenté, avec la disparition de plusieurs usines sur le territoire comme l’usine Yara à Pardies en 2017 ou l’usine de Seco Fertilisants à Ribécourt-Dreslincourt en 2018. En l'espace de 20 ans, les importations françaises d'engrais sont passées de 1 milliard d'euros à plus de 2,4 milliards d'euros. La France se retrouve donc dépendante puisque, sans cet engrais, il est impossible, actuellement, de produire en quantités suffisantes. Cette vulnérabilité positionne les pays producteurs et exportateurs d'engrais azotés, et en particulier la Russie, en position de force. La Russie, qui fournit 25% des engrais en Europe, exerce ainsi un pouvoir incontestable sur le marché européen. à titre d'illustration, avant le conflit en Ukraine, début 2022, Eurochem, une entreprise russe de premier plan dans le secteur des engrais, était en négociation exclusive avec le groupe Boréalis, qui possède des infrastructures de fabrication d'engrais en France. La guerre a mis fin à cet accord potentiel mais, néanmoins, l'opération est révélatrice de la volonté stratégique de la Russie de dominer le marché mondial des engrais azotés.

La flambée du prix des engrais

Au début de la guerre en Ukraine, l'une des premières décisions prises par la Russie a été de demander aux 5 principaux acteurs russes du secteur des engrais de cesser leurs exportations vers les pays considérés comme hostiles, incluant l'ensemble des pays de l'Union Européenne. Par conséquent, ce conflit a entraîné une baisse significative de l'offre, provoquant une hausse significative du prix des engrais, inquiétant les agriculteurs européens. De son côté, la Chine a également mis en place une stratégie de restriction des exportations d'engrais à l'échelle mondiale afin de prioriser l'approvisionnement de son marché national et de limiter la flambée des prix sur le plan local. De plus, la demande mondiale en engrais a augmenté, notamment à cause de l'Inde, du Brésil et de l'Argentine, des pays en fort développement. De part tous ces facteurs, la disponibilité en engrais à l'échelle internationale a été sérieusement réduite, concourant à la flambée des prix sur les marchés mondiaux.

A cela s’ajoute le prix de l’énergie, le procédé permettant de synthétiser les engrais azotés étant très gourmand en gaz. Or, le prix du gaz a presque doublé entre fin 2020 et 2021 en raison de la reprise de l'activité économique après la crise sanitaire. Il faut aussi ajouter l'augmentation du coût du transport maritime, alimentée par la hausse des prix du pétrole et les pénuries de conteneurs, toujours dans le contexte de levée progressive des mesures de confinement à travers le monde.

Les conséquences sont significatives : le prix des engrais était en hausse de 78% en mars 2022. Cela a entraîné une véritable ruée vers le fumier dans de nombreuses régions du pays, les agriculteurs cherchant des alternatives pour réduire leur consommation mais aussi leur facture d'engrais. En effet, même si certains pays avaient alors accès aux engrais, les agriculteurs n'étaient pas forcément en mesure de les acheter en raison de leur coût élevé. D'autant plus que, les gouvernements qui accordent généralement des subventions à l'achat d'engrais, faisaient face à une dette massive à la suite de la crise du Covid-19. En d'autres termes, le marché était déjà instable avant même les sanctions et le blocus des ports ukrainiens imposés par la Russie.

Cependant, après une période d'envolée des prix de presque un an et demi, amplifiée par le conflit russo-ukrainien, le prix des engrais a commencé finalement à baisser à partir d'octobre 2022 et connaît maintenant une phase de stabilisation. Les Chambres d'agriculture soulignent d'ailleurs qu'en juin 2023, le prix de l'ammonitrate est revenu à son niveau d'il y a deux ans, aux prémices de cette hausse historique. Cette nouvelle est encourageante, bien que nuancée pour les agriculteurs car, même à ce prix, il reste 1,5 fois plus élevé qu'en 2019-2020.

L’agriculture biologique, une voie vers l’indépendance

Les agriculteurs qui se sont lancés dans le biologique sont peut-être bien les seuls qui ne rencontrent pas de problèmes de flambée des prix des engrais puisqu’ils n’en utilisent pas. L’agriculture biologique consiste à nourrir le sol plutôt que la plante, en restreignant l'utilisation d'engrais de synthèse et de pesticides au profit de pratiques telles que les couverts végétaux de légumineuses, les rotations de cultures diversifiées et l’exploitation d'insectes et de microorganismes bénéfiques. Il s'agit d'une des solutions les plus efficaces et durables pour éviter les problèmes liés à l'approvisionnement incertain en engrais azotés sur le marché mondial. Bien que la transition vers l'agriculture biologique nécessite du temps et de l'argent, il existe des organismes qui accompagnent les agriculteurs, tels que la FNAB (Fédération Nationale d'Agriculture Biologique) qui met à disposition des fiches pédagogiques. De plus, il existe des aides financières telles que l'Aide à la Conversion à l'Agriculture Biologique (CAB) ou le crédit d'impôt Bio, des aides précieuses pour celles et ceux qui souhaiteraient se lancer.

Références :

CHAMBRE D'AGRICULTURE DE NORMANDIE, 2023. Stabilisation du prix des engrais azotés [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://normandie.chambres-agriculture.fr/a-proximit e/actualites-locales/detail-actualite/actualites/conjoncture-prix-des-engrais/
FNAB, 2013. Notre association [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.fnab.org/association-agriculture-bio/
INSEE, 2023. Indice mensuel des prix d'achat des moyens de productionagricole (IPAMPA) - Engrais simples azotés [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.insee.fr/fr/statistiques/serie/010539020#Graphique
LALLEMAND F., 2019. La révolution verte et la naissance du système alimentaire industrialisé [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://resiliencealimentaire.org/la-revolution-verte-et-la-naissance-du-systeme-alimentaire-industrialise/
National Geographic , 2022. Engrais : une crise alimentaire mondiale semble inévitable [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.nationalgeographic.fr/environnement/engrais-une-crise-alimentaire-mondiale-semble-inevitable
NICOMETTE J.-J., AQUI!, 2017. Fermeture de l’usine Yara à Pardies : la crainte de « l’effet domino » [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://aqui.fr/article/fermeture-de-yara-a-pardies-la-crainte-de-l-effet-domino/
SAUVAGE L. TERRE-NET, 2021. La Chine freine encore ses exportations d’engrais [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.terre-net.fr/actualite-des-marches/article/202971/la-chine-freine-encore-ses-exportations-d-engrais
Sénat , 2022. Cinq plans pour reconstruire la souveraineté économique [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.senat.fr/rap/r21-755/r21-7556.html

Fixation d'azote et minéralisation : les moteurs naturels de la fertilité des sols

Fri, 22 Sep 2023 07:28:19 GMT

L'azote est présent dans la nature sous plusieurs formes : gazeuse, minérale et organique. Les sols fertiles contiennent beaucoup d'azote sous forme organique, plus qu'il n'en faut pour la nutrition des cultures. Cependant, cet azote n'est pas immédiatement disponible pour les plantes, il doit d'abord être transformé en azote minéral pour devenir un nutriment. C'est grâce à des processus biologiques que des micro-organismes transforment l’azote organique en azote minéral assimilable par les cultures. Ainsi, dans le sol l'azote subit de nombreuses transformations, passant d'une forme à une autre à mesure que les organismes l'utilisent.

De l'air au sol : la fixation biologique de l'azote

L’azote gazeux présent dans l'atmosphère - diazote N 2 - peut être transformé en azote minéral directement disponible pour les plantes, on parle alors de la fixation biologique de l’azote. Ce processus permet de fixer entre 139 et 170 millions de tonnes d’azote atmosphérique par an. Il est effectué par des bactéries fixatrices d'azote, capables de réduire le diazote N 2 en ammoniac NH 3 . La particularité c'est que dans la molécule de diazote atmosphérique (N2) les deux atomes d'azote(N) sont liés par une triple liaison très stable et difficile à rompre. La réaction doit donc être catalysée par une enzyme, la nitrogénase, présente uniquement dans certaines bactéries.

Cette enzyme est capable de casser la triple liaison, mais elle est très sensible à l’oxygène et ne peut pas fonctionner en sa présence. Les bactéries ont alors développé, avec le temps, différentes stratégies pour éviter d’exposer la nitrogénase à l’oxygène. La première stratégie, est la formation de structures isolant totalement l'enzyme de l'air, et formant une "chambre" en environnement contrôlé pour que la fixation de l'azote se produise. C’est la stratégie qu’utilisent par exemple les bactéries du genre Rhizobium. Elles s'associent en symbiose avec des légumineuses et se localisent généralement dans des formations spécifiques, les nodosités situées sur les racines. Ainsi, la plante crée un environnement favorable aux bactéries dans sa rhizosphère en leur mettant à disposition une grande quantité d'énergie issue de la photosynthèse et, en échange, elle récupère les composés azotés minéraux produits dans les nodosité par les bactéries . Une seconde stratégie consiste à fixer de l'azote la nuit, certaines bactéries fixatrices photosynthétiques (non symbiotiques) utilisent cette stratégie. En effet, lorsque la photosynthèse est en pause et qu'elle ne produit plus d'oxygène, la nitrogénase peut fonctionner à nouveau.

La nature a donc trouvé deux stratégies pour isoler la nitrogénase de l’oxygène : soit par un déphasage dans l’espace (cellules spécialisées et formation de tissus isolants), soit par un déphasage dans le temps (jour/nuit). Dans les deux cas, les plantes impliquées ont accès à une source supplémentaire d'azote, et dépendent donc moins de la disponibilité d'azote minéral présent dans le sol. Une fois que l'azote atmosphérique est fixé sous forme organique, il nourrit l'écosystème du sol, et s'accumule progressivement dans la matière organique du sol constituées de débris végétaux, insectes et biomasse bactérienne.

Comment l’ammonification façonne-t-elle la fertilité des sols ?

L'ammonification est le processus naturel qui transforme l'azote contenu dans la matière organique pour produire de l'azote minéral grâce à l'action de micro-organismes.

Dans un premier temps, des bactéries ammonifiantes décomposent la matière organique sous formes de protéines puis d'acides aminés. Elles possèdent une enzyme, l’hydrogénase, qui transforme ces acides aminés en ammoniac, dissous dans l'eau du sol sous forme d'ions ammonium. Beaucoup d'espèces de bactéries peuvent effectuer cette phase d’ammonification, ce qui la rend beaucoup moins dépendante des paramètres environnementaux que la fixation biologie de l'azote. Si, suite à une perturbation de l’environnement, une espèce de bactérie ne peut plus ne peut plus accomplir sa tâche, une autre espèce moins sensible peut prendre la relève.

L'ammonification est donc l'étape décisive qui détermine la disponibilité de l'azote minéral dans le sol.

Favoriser ces processus pour adapter l’utilisation d’engrais azotés

La minéralisation de la matière organique du sol est régie par plusieurs facteurs. Elle est favorisée par une température entre 20 et 30°C et une humidité du sol comprise entre 50 et 70%. Les autres facteurs sont liés aux pratiques agricoles ainsi qu'au type de sol et son pH. En effet, pour permettre aux bactéries de respirer, la porosité est un paramètre très important. Il est donc primordial de ne pas tasser le sol. De plus, sur sols acides, des apports réguliers de chaux sont nécessaires afin d'assurer un pH neutre, indispensable pour garantir un optimum de croissance aux microorganismes. Ce processus est essentiel car, chaque année, 2 à 5% du pool d'azote organique du sol est minéralisé, ce qui représente une part conséquente de l'azote utilisé par les plantes.

Ensuite, afin de tirer au mieux profit de la fixation biologique de l'azote gazeux, il est recommandé de cultiver des légumineuses en tant que cultures intermédiaires ou même les intégrer comme cultures annuelles dans la rotation culturale. é tant donné qu'elles ne nécessitent pas d'apport azoté et qu'elles fixent l'azote atmosphérique dans le sol, les apports en engrais pour la culture suivante peuvent être réduits, tout comme la consommation annuelle d'azote.

Ces sources d'azotes non-négligeables sont donc importantes à comprendre pour pouvoir adapter et réduire au maximum ses apports d’engrais azotés de synthèse. Il est donc recommandé d'effectuer des analyses de sol ainsi qu'un bilan azoté afin de mieux piloter son programme de fertilisation.

Références :

Bernhard A ., 2010. The Nitrogen Cycle: Processes, Players, and Human Impact [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.fulweilerlab.com/uploads/3/7/6/7/3767379/the_nitrogen_cycle__processes_players_and_human_impact___learn_science_at_scitable.pdf
B.PEOPLES M., T.CRASWELL E., 1992. Biological nitrogen fixation: Investments, expectations and actual contributions to agriculture [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://link.springer.com/article/10.1007/BF00011308
CANNAVO P., COMIFER, 2019. Quels paramètres influencent la minéralisation de l’azote dans les substrats de culture organiques hors-sol ? [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://ancien.comifer.asso.fr/images/rencontres/14emes_rencontres2019/Oraux/Cannavo/R19-PRESENTATION-CANNAVO.pdf
CHAMBRE D'AGRICULTURE DE LA LOIRE, 2021. Fertilisation : la disponibilité de l’azote dans le sol [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.paysansdelaloire.fr/articles/22/03/2021/Fertilisation-la-disponibilite-de-l-a%20zote-dans-le-sol-53946/
CHAMBRES D'AGRICULTURE FRANCE, 2022. Les avantages des couverts végétaux [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://chambres-agriculture.fr/actualites/toutes-les-actualites/detail-de-lactualite/actualites/les-avantages-des-couverts-vegetaux/#:~:text=Les%20couverts%20v%C3%A9g%C3%A9taux%20sont%20g%C3%A9n%C3%A9ralement,%2C%20le%20pois%2C%20la%20f%C3%A9verole.
N'DAYEGAMIYE A., 2007. La contribution en azote du sol reliée à la minéralisation de la MO : facteur climatique et régies agricoles influençant les taux de minéralisation d'azote [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.agrireseau.net/agroenvironnement/documents/NDayegamiye_A_resume_PPT.pdf
RECOUS S., CHABBI A., VER Tès F., 2020. Fertilité des sols et minéralisation de l’azote : sous l’influence des pratiques culturales, quels processus et interactions sont impliqués ? [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://hal.science/hal-01589707/file/F223-Recous_2.pdf
UNIFA, 2013. Le cycle de l’azote (N) [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://fertilisation-edu.fr/cycles-bio-geo-chimiques/le-cycle-de-l-azote-n.html
Y.STEIN L., G.KLOTZ M., 2016. The nitrogen cycle [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982215015183

Les engrais azotés et les écosystèmes : des liens complexes et des conséquences durables

Thu, 21 Sep 2023 15:40:55 GMT

De février à avril, en France, les agriculteurs épandent sur leurs parcelles des engrais azotés minéraux pour favoriser la croissance de leurs cultures. Sur les 2,2 millions de tonnes d’azote utilisées en France, seule la moitié sert véritablement aux plantes, tandis que l’autre moitié se perd dans l’environnement. Cette quantité non-assimilée témoigne de l'utilisation excessive d'engrais azotés et a montré ses impacts négatifs sur le sol, l'air et les écosystèmes aquatiques.

Des sols appauvris qui exigent toujours plus d’engrais

Les engrais azotés de synthèse ont profondément bouleversé l'agriculture. Avant leur arrivée, les agriculteurs étaient aussi éleveurs. Ils avaient donc à disposition les fumiers et lisiers riches en azote directement sur leur exploitation pour amender et nourrir leurs cultures. Ils cultivaient également des légumineuses pour capter l'azote de l'air et fertiliser les sols. Aujourd'hui, les zones d’élevage et les zones de culture sont souvent séparées, comme c'est le cas des grandes plaines céréalières de la Marne en monoculture et les zones d'élevage en Bretagne. L'azote organique n'étant plus facilement disponible pour les grandes cultures, les agriculteurs lui préfèrent les engrais de synthèse concentrés. Leurs effets sur les rendements sont là, mais les effets néfastes sur la qualité des sols et la biodiversité sont établis lorsqu'ils sont utilisés en excès.

Parmi ces effets indésirables, il y a l’appauvrissent en matière organique des sols qui provoquent une augmentation de l'érosion et des risques de lessivage. Lorsque seul l’azote minéral est utilisé pour fertiliser les sols, et qu'il n'y a pas d'apport de matières organiques, la structure du sol change, et la quantité de carbone diminue progressivement. Les sols s'appauvrissent peu à peu en matière organique et en nutriments, la vie du sol s'atrophie et les plantes développent des carences. Afin de palier à cette carence, la surdose d'engrais est tentante pour l'exploitant agricole ce qui accélère le phénomène.

Le rôle des engrais dans la pollution atmosphérique

Les engrais azotés participent à la pollution atmosphérique pour plusieurs raisons. En amont c'est d'abord leur production qui rejette 2,6 milliards de tonnes équivalent CO 2 , soit environ 5 % des émissions annuelles mondiales de gaz à effet de serre (GES). En effet l'industrie qui produit ces engrais utilise un procédé qui implique l'utilisation de forte pressions et des températures très élevées, ce qui implique la consommation d'énormément d'énergie.

En aval , c'est lors de l’épandage d’engrais que l'impact environnemental se manifeste - plus particulièrement les engrais sous forme uréique et ammoniacale -, une partie s’échappe sous forme de GES ou d'ammoniac dans l’atmosphère, c’est ce qu’on appelle la volatilisation. L'ammoniac et le protoxyde d'azote sont les deux principaux gaz émis lors de la volatilisation. En ce sens, leurs niveaux d’émissions sont règlementés et plafonnés à l’échelle de la France et de l’Europe.

L’ammoniac n'est pas un gaz à effet de serre mais bien un polluant atmosphérique. Lors de l’épandage d’engrais, une partie de l'ammonium (NH 4 +) n'est pas absorbée par les plantes. Elle entre en contact avec le complexe argilo-humique du sol et, selon certaines conditions, est transformée en ammoniac gazeux (NH 3 ) qui se volatilise dans l'air. La volatilisation ammoniacale fait en général parler d'elle au printemps, l'ammoniac étant à l’origine des pics de particules fines consécutifs aux épandages de sortie d’hiver. Selon le Centre Interprofessionnel Technique d’ é tudes de la Pollution Atmosphérique (CITEPA), l’agriculture est responsable de 94% des émissions d’ammoniac, dont 29% sont liées à l'épandage des engrais minéraux. L'ampleur de ce phénomène est cependant très variable car dépendante des conditions environnementales, du mode d'épandage et de l'engrais utilisé, mais surtout du climat. En effet, par temps chaud, sec et venteux, la volatilisation de l’azote ammoniacal issu des engrais est maximale.

Le protoxyde d’azote est, quant à lui, un gaz à effet de serre. Trois-cents fois plus puissant que le CO 2 , il est le 3ème gaz à effet de serre avec le plus d’impact sur le réchauffement climatique. Ce gaz est émis lors de la transformation des engrais azotés en une forme assimilable par les bactéries présentes dans le sol. Ces émissions directes ont lieu par réactions de nitrification-dénitrification. L’activité agricole est donc la principale cause de cette pollution avec, à elle seule, 70% des émissions de protoxyde d’azote, dont 29,3% liées à l'épandage d'engrais minéraux. Les concentrations actuelles de ce gaz commencent à dépasser les niveaux projetés dans la plupart des scénarios d'émissions par le GIEC.

Le ruissellement des nitrates et l'eutrophisation des plans d’eau

Si les engrais polluent l'air, ils polluent également les eaux en ruisselant sous forme de nitrate dans les rivières, les nappes souterraines, les lacs et les océans. Ce ruissellement de l'azote n'est pas seulement lié à la quantité d'engrais appliquée, mais également à d'autres variables telles que le moment et l'endroit où l'engrais est appliqué, l'irrigation, le type d'engrais, les pratiques agronomiques et la rotation des cultures.

La forte concentration de nitrates dans l'eau perturbe l'équilibre des écosystèmes aquatiques, réduisant leur biodiversité. En effet, l'excès d’azote dans l’eau nourrit des algues qui ont alors la possibilité de proliférer et d'asphyxier le milieu. En prenant tout l'espace, elles empêchent les plantes d’avoir accès à la lumière et aux minéraux. De surcroît, lorsqu'elles meurent, les algues sont décomposées par des cyanobactéries qui consomment de l'oxygène présent dans l'eau et dégagent des toxines au détriment de la vie aquatique. Ces zones deviennent des zones "mortes" , c ’est ce qu’on appelle l’eutrophisation. Les cyanobactéries sont retrouvées naturellement dans les écosystèmes aquatiques mais leur prolifération excessive est liée directement à l'excès de nitrates dans les lacs et les rivières.

Sur le littoral, la prolifération massive d’algues vertes est une manifestation de l'eutrophisation. L’échouage de ces algues vertes est communément appelé "marée verte". C'est 50 à 60 milles tonnes d'algues qui s'échouent chaque année sur nos côtes et requièrent des opérations de ramassage. En plus de détruire la biodiversité aquatique, ces algues entraînent des risques sanitaires dès qu’elles sont amoncelées en tas. En effet, après 24 à 48h, la fermentation dégage un gaz toxique : le sulfure d’hydrogène. Le ramassage est donc nécessaire pour protéger les écosystèmes, le public et les animaux.

Ces phénomènes sont les conséquences de l’agriculture intensive. L’apport dans les écosystèmes d’énormes quantités d’azote - 90 millions de tonnes par an dans le monde - a complètement bouleversé le cycle de cet élément. Heureusement, il existe des pratiques permettant de réduire le recours aux engrais azotés de synthèse. Le Ministère de l'Agriculture et les Chambres d’agriculture régionales proposent d’ailleurs des recommandations techniques et des aides financières pour aider les agriculteurs à adopter des pratiques de fertilisation plus durables et responsables.

Références :

CNRS, 2017. Eutrophisation : Manifestations, causes, conséquences et prédictibilité [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.inee.cnrs.fr/fr/restitution-de-lesco-eutrophisation
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DUFUMIER M., FRANCE INTER, 2021. Les engrais azotés de synthèse, un danger pour la santé et l'environnement [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.radiofrance.fr/franceinter/podcasts/la-terre-au-carre/les-engrais-azotes-de-synthese-un-danger-pour-la-sante-et-l-environnement-2168979
MARtínez-dalmau J., BERBEL J., Ordóñez-fernández R. , 2021. Nitrogen Fertilization. A Review of the Risks Associated with the Inefficiency of Its Use and Policy Responses [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.mdpi.com/2071-1050/13/10/5625
ministère de l'agriculture et de la souveraineté alimentaire , 2022. Dispositifs publics en faveur d’une gestion durable de l’azote [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://agriculture.gouv.fr/dispositifs-publics-en-faveur-dune-gestion-durable-de-lazote
PLEINCHAMP, 2022. L’ammoniac, l’autre nuage d’émissions problématiques [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.pleinchamp.com/actualite/l-ammoniac-l-autre-nuage-d-emissions-problematiques
P ROGRAMME D’ACTIONS NATIONAL NITRATES , 2020. L'azote est un élément indispensable à l'agriculture, mais il peut entrainer des pollutions [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://programme-nitrate.gouv.fr/lazote-est-element-indispensable-a-lagriculture-il-peut-entrainer-pollutions.html

Les engrais azotés de synthèse: une histoire de dépendance

Wed, 23 Aug 2023 11:32:43 GMT

Aussi loin que nous remontons dans l’histoire de l’agriculture nous comprenons que le monde paysan a toujours parfaitement fait le lien entre l’apport de déjections animales dans les parcelles et l’amélioration des récoltes. Par la simple observation empirique, les premiers agriculteurs ont bien vu que la présence de déjections rendait l’herbe plus verte. Que ce soit le fumier, le lisier ou le guano, tous ces fertilisants traditionnellement utilisés sont constitués de matière organique transformée ou digérée par des animaux sauvages ou d’élevage. Mais c’est seulement en 1848 que le chimiste allemand Justus Von Liebig comprend le rôle prépondérant de l’azote dans l’alimentation des plantes, cet azote qui constitue 79% de l’atmosphère mais qui n’est assimilable par les plantes que sous forme minérale dans le sol. Et c’est bien la minéralisation des déjections animales et des résidus végétaux, qui fournit l’azote nécessaire à la croissance des plantes. C’est cette découverte du rôle prépondérant de l’azote dans le rendement des végétaux qui allait conduire, plusieurs décennies plus tard, à ce que beaucoup considèrent comme la plus grande innovation agroindustrielle du XXe siècle.

Le guano: l’engrais et l’or blanc du XIXe siècle

Jusqu’à la fin du XIXe siècle, le guano est la source d’azote d’excellence pour améliorer les rendements agricoles, mais surtout pour la production d’explosifs à destination de l’industrie minière et de l’armement. Cet engrais naturel très riche en azote était considéré au même titre que le café, ou le cacao comme une denrée à forte valeur ajoutée. Constitué de déjections de chauves-souris et d’oiseaux marins pour l’essentiel, il était très prisé et attisait la convoitise de nombreuses nations. Il était notamment utilisé en partie pour fertiliser leurs sols et participait aussi largement à produire des explosifs et des colorants. Le guano était très abondant sur certains littoraux et îles du monde, mais particulièrement concentré en Amérique du Sud, région du monde qui avait un quasi-monopole sur la ressource. Entre 1840 et 1880, le Pérou a ainsi exporté 11,5 millions de tonnes de guano, ce qui représenterait aujourd'hui environ 13 milliards de dollars.

Pour avoir accès à cette ressource stratégique, le 18 aout 1856 le Congrès américain vota une loi autorisant tout Américain à prendre possession d’une île contenant du guano. C’est ainsi que près de 200 îles ont été annexées par des Américains pour prendre le contrôle sur la ressource. En 1864, l’Espagne annexe à son tour 3 îles péruviennes du Pacifique pour faire pression sur le gouvernement du Pérou.

Cette guerre du guano se poursuivit tout au long du XXe siècle jusqu’à la découverte d’un procédé qui allait tout changer et révolutionner l’agriculture.

L’apparition des engrais az otés de synthèse au XXe siècle

Les travaux du Pr Liebig avaient conduit à une nouvelle compétition scientifique pour parvenir à s’affranchir de cette dépendance au guano. Comment pouvoir fournir l’azote nécessaire à la croissance des plantes et à l’armement sans recourir à l’or blanc d’Amérique du Sud? Comment rendre l’Allemagne moins dépendante aux importations de guano?

Face à ces défis, le chimiste allemand Fritz Haber trouva une solution révolutionnaire. Après 17 années de recherche, il parvient à combiner l’azote atmosphérique et l’hydrogène présent dans le gaz naturel pour fournir de l’ammoniac, substance qui est à la base de tous les engrais azotés de synthèse jusqu’à aujourd’hui. Ce procédé est extrêmement énergivore car il ne fonctionne qu’à très forte température et qu’avec une forte pression. Le procédé représente ainsi à lui seul 2,8% des émissions totales de CO2 dans l’atmosphère chaque année.

Cependant le bénéfice de pouvoir produire localement l’ammoniac avec des ressources disponibles sur le territoire européen était une aubaine pour l’Allemagne. Cette découverte est la clé de voute de l’explosion des rendements agricole en Europe durant le XXe siècle.

Les spécialistes ont calculé qu’aujourd’hui près de la moitié de l’humanité dépend pour son alimentation des engrais synthétiques issu du procédé Haber-Bosch.

Un problème cependant allait apparaître avec le temps, le procédé dépends de deux éléments essentiels, l’azote de l’air très abondant et ne posant aucun problème d’approvisionnement, et le gaz naturel issu de l’industrie du charbon. L’industrie du charbon a commencé à décliner dès l’apparition du pétrole, et pour faire face à la demande croissante d’engrais de synthèse il fallait trouver d’autres sources de gaz naturel. Les industriels producteurs d’engrais se sont tournés alors peu à peu vers le gaz naturel issu de l’industrie du pétrole renouant ainsi avec la dépendance à une poignée de nations pétrolières.

La question est de savoir quelle sera la révolution du XXIe siècle? celle-ci permettra-t-elle d’en finir définitivement avec la relation de dépendance aux ressources fossiles et aux monopoles?

Engrais azotés et santé publique : des liens complexes

Fri, 07 Jul 2023 16:13:38 GMT

Au cours des dernières décennies, l'augmentation exponentielle de la population a fait explosé les besoins alimentaires mondiaux. C’est en partie l’application massive d’engrais azotés de synthèse qui a permis de soutenir cette dynamique. Ainsi, depuis 1960, la consommation de ces engrais a été multipliée par neuf dans le monde. Plusieurs facteurs en sont à l'origine. D'abord, les agriculteurs ont tendance à sur-fertiliser leurs parcelles pour éviter la carence des plantes et maximiser le rendement. Ensuite, des variétés de plantes de plus en plus productives ont été soigneusement sélectionnées par des efforts de recherche est de développement considérables. Cependant, pour atteindre les rendements attendus, ces nouvelles variétés requièrent des quantités d'engrais toujours plus importantes, et c'est bien l'application intensive de ces engrais qui s'est révélée être à l’origine de nombreux problèmes de santé publique.

Les engrais et les particules fines dans l’air

Chaque année, près de 700.000 tonnes d’ammoniac sont rejetées dans la nature. Combinés aux autres polluants atmosphériques, l'ammoniac et les oxydes d'azote engendrent la formation de particules fines très dangereuses pour la santé. La pollution de l’air affecte le fonctionnement de nos poumons, aggrave certains symptômes chez les personnes asthmatiques et augmente le risque de maladies comme la bronchite ou même le cancer. Selon l'OMS, en 2017, se sont 5 millions de personnes qui sont décédées suite à des maladies liées à la pollution atmosphérique . En France, la pollution de l’air (toute pollution confondue) est responsable d’environ 48.000 décès prématurés par an. En 2021, également, des chercheurs américain ont déterminé que la pollution de l’air directement liée aux émissions d’ammoniac agricole était responsable de 12.400 décès par an.

Les nitrates dans notre alimentation

L'eau ou les aliments que nous ingérons présentent aussi un risque pour la santé. Même si des nitrates sont naturellement présents dans certains légumes et dans les sols, leur concentration dans les aliments est accentuée par l'épandage excessif d'engrais azotés et l'utilisation de nitrates en tant qu'additifs alimentaires. Les nitrates étant très solubles dans l'eau, ils sont à l’origine d’une pollution des eaux douces. Selon l'ANSES, environ deux tiers de l’exposition alimentaire aux nitrates provient de la consommation de produits végétaux, en particulier de légumes feuilles, et un quart est associé à l’eau de boisson.

Dans l'organisme, les nitrates ne sont pas toxiques mais peuvent se transformer en nitrites puis en nitrosamines, des molécules cancérigènes dont les impacts négatifs sont nombreux. D'abord, l'augmentation de l'apport alimentaire en nitrates a été associée à l'hypothyroïdie et au cancer de la thyroïde. Une étude a d'ailleurs montré que le risque de cancer de la thyroïde était multiplié par 2,6 pour les personnes qui consomment une eau trop concentrée en nitrates. Ensuite, des taux importants de nitrates ingérés pendant la grossesse peuvent affecter le développement des enfants. Le nourrisson, contrairement à l'adulte, est plus exposé au risque de formation de nitrites en raison de l’immaturité de son système digestif. C'est pourquoi la probabilité de retard de croissance pour les enfants de moins de 5 ans augmente s'ils sont exposés aux nitrates.

Par ailleurs, la présence de toxines induites par les nitrates peut perturber le microbiote intestinal. Pour les adultes, cette perturbation peut être passagère mais, pour les bébés, les premiers mois de vie sont critiques pour établir la composition de la flore bactérienne intestinale. L’exposition aux nitrates pourrait donc handicaper de manière permanente le système digestif des individus et réduire leur capacité à absorber les nutriments tout au long de leur vie. Enfin, dans le sang, la présence de nitrites peut provoquer la formation de "méthémoglobine", une forme d'hémoglobine incapable de transporter l'oxygène.

Engrais azotés : les coûts cachés derrière l'épandage excessif

L’épandage excessif d’engrais azotés est soumis à des conséquences économiques, essentiellement sanitaires. Le coût des impacts sanitaires en Europe est estimé entre 40 et 190 milliards d’euros par an, soit 10 à 30€ par kg d’azote émis. Par exemple, en France, la très grande majorité de l’eau potable provient des eaux souterraines. Lorsque les teneurs en nitrates sont trop élevées, il faut traiter ces eaux pour les rendre potables. Ces traitements représentent un coût très élevé pour le producteur mais également pour tous les consommateurs qui les paient sur leurs factures. De même, les marées d’algues vertes causées par le ruissellement des nitrates agricoles sont elles-aussi coûteuses. Au-delà des frais de ramassage, les marées vertes peuvent être dissuasives pour le tourisme, mais également nuire aux activités de pêche et d’aquaculture.

Ainsi, plusieurs stratégies sont appliquées pour atténuer l'impact néfaste des nitrates, l'utilisation de fumier organique, de compost ou encore d'engrais à libération lente. L'amélioration de l'assimilation de l'azote par les cultures est également une solution potentielle pour réduire l'utilisation excessive d'engrais chimiques.

Réduire la consommation excessive d'azote par l'agriculture permettrait de réduire les coûts pour les agriculteurs, mais aussi pour la collectivité.

Références :

ANSES, 2022. Réduire l’exposition aux nitrites et aux nitrates dans l’alimentation [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.anses.fr/fr/content/r%C3%A9duire-l%E2%80%99exposition-aux-nitrites-et-aux-nitrates-dans-l%E2%80%99alimentation
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Production d'ammoniac: les alternatives au procédé Haber-Bosch

Fri, 07 Jul 2023 16:04:49 GMT

Les engrais azotés de synthèse ont leur part de responsabilité dans la crise climatique. Les émissions de cette industrie représentent quelque 2,6 milliards de tonnes équivalent CO 2 , soit environ 5 % des émissions annuelles mondiales de gaz à effet de serre (GES), ce qui en fait l’une des industries chimiques la plus polluante. La National Academy of Engineering (NAE) a d’ailleurs identifié la gestion du cycle de l'azote comme l'un des 14 grands défis de l'ingénierie au XXIe siècle. Heureusement, quelques alternatives ont été proposées. Pour bien les comprendre, il est conseillé de lire au préalable l’article sur le fonctionnement du procédé Haber-Bosch.

La production d’hydrogène vert

L'hydrogène, utilisé dans la synthèse de l'ammoniac, est issu de gaz naturel. Dans le procédé Haber-Bosch dit « classique », l'étape de production de cet hydrogène est très polluante. En effet, du méthane (issu de gaz naturel) est mis en contact avec de l'eau pour former du dihydrogène mais également du CO 2 en grande proportion. Des chercheurs ont réussi à développer d e l'hydrogène vert par électrolyse de l'eau , en utilisant des énergies renouvelables. Ces énergies comme l'éolien ou le solaire permettent de produire l'électricité qui sera utilisée ensuite de fractionner l'eau pour en extraire l'hydrogène.

La synthèse à passage unique

Lors de l’étape de synthèse de l’ammoniac, seuls 10 à 15 % des produits sont transformés à chaque passage dans les conditions de Haber-Bosch (300-550°C et 150-250 bars). L'opération doit être renouvelée plusieurs fois, en recyclant les gaz, pour obtenir la synthèse finale de 97 à 99 % d'ammoniac. Cependant, ces réactions répétées consomment beaucoup d'énergie. Des chercheurs ont donc imaginé une solution pour qu’un seul passage soit suffisant pour transformer tous les gaz en ammoniac : c'est la synthèse à passage unique. Elle peut être optimisée en augmentant la conversion d'équilibre dans le réacteur (augmenter la pression) et en séparant l'ammoniac plus efficacement que par condensation. Pour le moment, le processus ne tient pas encore ses promesses en raison de problèmes techniques. Par exemple, l'utilisation d’hyperpression entraîne des pressions partielles élevées de catalyseurs-poisons qui diminuent l'activité du catalyseur d'intérêt. La corrosion des tuyaux est également plus susceptible de se produire à des pressions plus élevées. Des matériaux de tuyauterie plus coûteux sont donc nécessaires.

Synthèse électrochimique et photocatalytique de l’ammoniac

Une particularité de certaines plantes - les légumineuses - réside dans le fait que, en s'associant en symbiose avec des bactéries, elle sont capables de transformer l'azote de l'air en ammoniac. Cette synthèse spécifique existe depuis des millions d'années, à température et pression ambiante, et a éveillé la curiosité de plusieurs groupes de chercheurs. Ils ont en effet exploré la synthèse électrochimique de l'ammoniac. Pour cela, de l’hydrogène (H 2 ) est fourni à une anode et de l’azote (N 2 ) à une cathode. L'azote est réduit à la cathode en ion négatif puis est transféré électrochimiquement par la solution conductrice (électrolyte ou eau) à l'anode, où l'hydrogène a été converti en protons positifs. En se rencontrant, les deux composés réagissent et produisent de l’ammoniac (NH 3 ). La synthèse électrochimique de l'ammoniac est prometteuse et largement étudiée. Un de ses avantages potentiels est que l'azote est réduit directement grâce aux électrons contenus dans l'électrolyte, et c'est cela qui enclenche la réaction. Néanmoins, pour le moment, les taux de synthèse sont trop faibles pour qu'elle soit considérée comme une alternative viable pour la production d'ammoniac vert.

La synthèse photocatalytique de l'ammoniac a également attiré l'attention des chercheurs ces dernières années. Le principal avantage potentiel de ce procédé est le même que pour la synthèse électrochimique : l'azote peut être réduit directement grâce aux électrons induits par le photocatalyseur. C'est-à-dire que la lumière est convertie en électrons avec un photocatalyseur, la plupart du temps cuivre-fer ou phosphore noir. Ces électrons réagissent ensuite électrochimiquement avec l'azote, qui se combine alors à l’hydrogène pour donner de l'ammoniac. Cependant, la synthèse photocatalytique de l'ammoniac est encore plus compliquée que la synthèse électrochimique. C'est pourquoi ce procédé n’est pas encore réalisable techniquement.

Des catalyseurs différents

Si la synthèse d'ammoniac à température ambiante n’est pas encore faisable, des chercheurs l'ont rendue possible à plus basse température. Pour cela, le catalyseur n’est plus à base de fer, comme dans le procédé de Haber-Bosch, mais de ruthénium (Ru). L'ammoniac peut être synthétisé à 200-250°C avec des catalyseurs à base de ruthénium de deuxième génération, ce qui réduit déjà significativement le coût énergétique.

La synthèse d'ammoniac à base de plasma est également étudiée, à partir d’eau ou bien de dihydrogène. En effet, le plasma est un gaz ionisé, dans lequel des électrons hautement énergétiques peuvent rompre de fortes liaisons chimiques dans les molécules de gaz. Or, l'étape coûteuse en énergie dans la formation d’ammoniac est la rupture de la triple liaison entre les deux atomes d’azote (N≡N). Le plasma permet d’affaiblir cette liaison à de plus faibles températures. Mais, dans la pratique, une trop grande partie de l'énergie est perdue sous forme de chaleur. Ce procédé n'est donc pas assez rentable pour le moment.

Il existe beaucoup de nouvelles méthodes de synthèse de l'ammoniac. Cependant, aucune de ces technologies ne s'est avérée réalisable jusqu'à présent ou ne peut rivaliser avec le procédé Haber-Bosch en termes de coût de production ou d’énergie. Des améliorations sont encore nécessaires pour atteindre des gains d'efficacité commercialement viables.

Réf érences :

BALTRUSAITIS J., 2017. Sustainable Ammonia Production [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acssuschemeng.7b03719
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Comprendre le procédé Haber-Bosch et son rôle dans la sécurité alimentaire mondiale

Fri, 07 Jul 2023 15:56:50 GMT

L’atmosphère terrestre est composée à 80% d'azote. C’est un élément essentiel pour la croissance des plantes mais elles ne peuvent l’utiliser directement sous sa forme gazeuse. Ainsi, réussir à fixer l’azote gazeux a été l’une des grands enjeux scientifiques du XIXe siècle. Le professeur Haber réussit l’exploit en 1909 en synthétisant de l’ammoniac, un intermédiaire industriel clé pour les engrais azotés. Son procédé est ensuite industrialisé en 1913 par Carl Bosch : c'est la naissance du procédé Haber-Bosch. Cette innovation technologique est sans doute la plus importante du XXe siècle puisqu’elle a permis de soutenir les besoins alimentaires croissants du XXe et XXIe siècle. En 1918, elle a valu à son créateur le Prix Nobel de chimie, une distinction particulièrement controversée à l'époque. En effet, Haber a également tenu un rôle dans la synthèse des gaz de combat utilisés pendant la Première Guerre mondiale et ses travaux ont été repris pour la fabrication du Zyklon B utilisé dans les camps d’extermination nazis. Aujourd'hui, environ 82 % de l’ammoniac produit dans le monde est utilisé pour la fabrication d’engrais azotés.

Comprendre la science derrière la production d'ammoniac

La réaction semble simple : synthétiser de l’ammoniac (NH 3 ) à partir de dihydrogène (H 2 ) et de diazote gazeux atmosphérique (N 2 ) grâce à un catalyseur qui permet d'accélérer la réaction, N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3 . Mais, dans les faits, cette réaction se décompose en plusieurs étapes : d'abord production de dihydrogène et de diazote, puis purification des gaz et synthèse de l’ammoniac, pour finir par l'extraction et le recyclage des produits.

La première étape consiste à récupérer les éléments de l’équation, c'est-à-dire N 2 et H 2 . L’azote est le composant majeur de l’air, il n’est donc pas difficile à obtenir. Pour l’hydrogène, en revanche, quelques manipulations à partir de gaz naturel sont nécessaires. D’abord, du méthane (CH 4 ) - le constituant principal du gaz naturel - est mis en contact avec de la vapeur d’eau (H 2 O) pour former du dihydrogène (H 2 ) et du monoxyde de carbone (CO). CH 4 + H 2 O ⇌ CO + 3H 2 . Pour transformer la totalité du méthane plusieurs cycles sont nécessaires. De plus, davantage d’hydrogène peut être obtenu en mettant en contact le reste de la vapeur d’eau avec le monoxyde de carbone : du dioxyde de carbone est alors dégagé. CO + H 2 O ⇌ CO 2 + H 2 . L 'ensemble de ces étapes se réalisent à haute pression : entre 250 et 350 bars (2,5-3,5 MPa). Après cette première étape, le méthane issu de gaz naturel et la vapeur d’eau ont donc été transformés en dioxyde de carbone et dihydrogène.

Les gaz (N 2 et H 2 ) sont ensuite purifiés afin de maintenir la durée de vie du catalyseur, potentiellement endommageable par la présence de composés soufrés, d'eau, d'oxygène et d'oxydes de carbone. Par conséquent, pour éviter qu'il ne contamine les catalyseurs , le monoxyde de carbone restant est passé dans un méthanateur pour le transformer à nouveau en méthane. CO + 3H 2 ⇌ CH 4 + H 2 O. En parallèle, du charbon actif est utilisé pour l'absorption des composés soufrés organiques. De son côté, le dioxyde de carbone est éliminé sous pression en se servant d'eau, d'éthanolamine ou d'une solution chaude de carbonate de potassium. Les dernières traces d'impuretés sont éliminées si besoin par condensation, à la température de l'azote liquide et à la pression atmosphérique.

L'étape suivante correspond à la synthèse de l’ammoniac. Le diazote et le dihydrogène sont mis en contact en présence d'un catalyseur à base de fer. N 2 +3H 2 ⇌ 2NH 3 + H. Mais, dans le même temps, il faut maintenir la température entre 300 et 550°C ainsi que la pression élevée (entre 150 et 250 bars). Cette étape doit être renouvelée plusieurs fois pour que la transformation soit efficace.

Enfin, il est nécessaire de régulièrement retirer l’ammoniac produit pendant la réaction pour éviter qu'il ne s'accumule et empêche le reste des gaz de se transformer. Pour cela, les gaz chauds sont refroidis dans un condenseur. L'ammoniac est alors liquéfié, séparé et dirigé vers une cuve. L'hydrogène et l'azote qui n'ont pas réagi sont à nouveau ré-introduits dans le réacteur dans le but de les convertir en ammoniac.

Le procédé Haber-Bosch permet de fixer l’azote en grande quantité et à faibles coûts, c’est pourquoi il a une importance économique considérable. Actuellement, la grande majorité des engrais azotés sont fabriqués à l'aide de ce processus. Il est donc plus qu’indispensable pour nourrir le monde.

Des défis à relever pour l’avenir

Seulement, le procédé Haber-Bosch est très gourmand en combustibles fossiles. Et le procédé libère des millions de tonnes de CO 2 dans l'atmosphère, ce qui représente 5 % des émissions annuelles mondial es de gaz à effet de serre (GES). De plus, les réactions chimiques requièrent des conditions extrêmes de température et de pression (450°C et 200 bars), ce qui représente 1 à 2% de la consommation mondiale d'énergie.

Les enjeux autour de la production d'ammoniac montrent le besoin urgent de développer des procédés alternatifs et plus durables. Les défis à relever sont de taille ! Non seulement au niveau de la durabilité, mais aussi de la souveraineté. En effet, le procédé est dépendant de la disponibilité en gaz naturel. Or, tous les pays ne peuvent pas en produire suffisamment pour assurer leurs propres besoins agricoles et alimentaires. Ils doivent donc compter sur l’importation, dont les principaux acteurs sont la Russie, la Chine et le Moyen-Orient. A eux-trois, ils représentent presque 40% des exportations mondiales d’engrais azotés, dont le reste du monde est entièrement dépendant. Mais, de nouvelles techniques émergent petit à petit, réduisant l’impact énergétique du procédé et la dépendance aux quelques pays exportateurs.

Références :

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WISNIAK J., 2002. Fritz Haber - A Conflicting Chemist [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.researchgate.net/publication/236235556_Fritz_Haber_-_A_Conflicting_Chemist

Reconnaître les symptômes d'une carence ou d'un excès en azote en agriculture

Fri, 07 Jul 2023 15:53:23 GMT

Lorsque les plantes n’ont pas suffisamment de nutriments pour répondre à leurs besoins ou, au contraire, lorsqu’elles ont trop de nutriments à disposition, elles présentent certains symptômes révélateurs. Dans les deux cas, il est nécessaire de rapidement mettre en place des stratégies afin de répondre au problème touchant l'équilibre azoté, en augmentant ou diminuant l’apport d‘engrais azoté. L’identification visuelle, bien qu’elle ne soit pas la plus fiable, est l'un des outils qui permet de comprendre la nature de ce problème et de reconnaître efficacement ses symptômes.

De la décoloration à la diminution du rendement : les symptômes visuels révélateurs d'une carence en azote

Lorsque les plantes manquent d’azote, elles présentent une croissance retardée et plus lente ainsi que des tiges et des feuilles de petite taille. Le premier indice facilement identifiable est la couleur des feuilles. Les anciennes feuilles deviennent pâles et d'une couleur vert-jaunâtre en raison d'une chlorophylle limitée et détériorée. Cette couleur se propage de l'intérieur vers l'extérieur de la feuille, jusqu'à sa base. Les feuilles âgées situées en bas de la plante sont les premières touchées car la plante transfère le peu d'azote disponible jusqu'aux jeunes feuilles situées plus haut. Ces jeunes feuilles restent vertes jusqu'à ce que la carence soit grave. Dans certains cas, comme celui du chou, les feuilles peuvent prendre des couleurs violettes au lieu de jaunes car d’autres pigments que la chlorophylle s’accumulent.

é ventuellement, si la carence en azote s'aggrave, il se peut que la croissance s'arrête totalement, que toutes les feuilles deviennent brunes puis tombent. Les tiges deviendront alors minces, avec moins de b ranches latérales . Le rendement des cultures est donc réduit.

Chez les céréales comme le blé, le maïs, le riz, l’orge et le sorgho, une décoloration jaune, de l'extrémité de la feuille vers l'arrière, en forme de "V", est fréquente. Les tiges sont minces, les épis courts et les grains ont une faible teneur en protéines. L'enroulement des feuilles et des tubercules atrophiés sont fréquents chez la pomme de terre. Chez d'autres graminées, les symptômes sont moins spécifiques, avec un jaunissement général et un dessèchement des feuilles inférieures. Dans le cas de plantes telles que le coton, les symptômes de carence en azote sont moins prononcés. Pour la canne à sucre, les carences en azote sont visibles par la diminution du nombre de feuilles : elles sont petites, fines et jaunissent. La plante manque de vigueur, les tiges sont fines et moins nombreuses. Enfin, la composition des tissus change puisqu’ils contiennent moins d’eau mais plus de sucres.

Un effet plus spécifique de la carence en azote est observé chez le tabac, avec un jaunissement des feuilles inférieures, suivi d'un séchage ou d'une cuisson des feuilles jaunies. Plus le manque d'azote est important, plus le nombre de feuilles affectées est élevé. Les symptômes visuels du manque d'azote dans les cultures légumières sont généralement caractérisés par un changement de la couleur des feuilles, progressant du vert clair au jaune. En cas de stress prolongé, la plante devient entièrement jaune, la croissance est sévèrement limitée et certaines plantes perdent les feuilles les plus anciennes. Dans les cultures d'arbres fruitiers et de noix, les feuilles sont généralement petites, de couleur vert pâle à vert jaunâtre, le feuillage est clairsemé et rabougri, et les rameaux semblent dépérir. Les feuilles plus âgées tombent et les fruits sont rares et petits.

Il est impossible de recenser l'ensemble des symptômes visibles de carence pour chaque plante ; l'analyse se réalise au cas par cas selon la culture, le sol, les conditions climatiques,... C’est pourquoi, en allant régulièrement sur le terrain, il est conseillé de noter tous les éléments inhabituels pour détecter les symptômes le plus tôt possible. Il est toujours plus facile d'y remédier lorsqu’on intervient dès les premiers signes d’une carence.

De la fragilisation à l’enroulement des feuilles : les symptômes visuels révélateurs d'un excès d’azote

Une carence en éléments nutritifs peut provoquer des symptômes visuels sur une plante, mais cela est aussi valable dans le cas des excès. En effet, un excès d’azote entraîne une croissance végétative trop importante et trop rapide, ce qui fragilise la plante, peut nuire à la nouaison (phase initiale de la formation du fruit) mais également à la conservation des fruits. L'azote étant impliqué dans la croissance végétative, l'excès d'azote se traduit par des plantes hautes avec des tiges minces. Les plantes présenteront un développement important des feuilles qui seront nombreuses mais fines et peu résistantes donc plus sensibles aux maladies comme la verse des céréales. De plus, les plantes présentant un excès d'azote ont une couleur verte foncée et une maturité retardée. Dans des conditions de sécheresse, la plante peut même présenter un effet de brûlure.

Plus spécifiquement, chez les arbres fruitiers, l’excès d’azote contribue fortement au développement du feuillage. Les fruits, alors plus à l’ombre, sont donc moins sucrés car ils se développent et maturent tardivement. Pour les cultures annuelles, la croissance trop rapide peut provoquer des problèmes de verse comme pour le blé (faible résistance de la tige qui ne peut plus soutenir le poids de l’épi) et la diminution de la teneur en sucre de certains fruits et légumes. Elle est aussi responsable d’un épuisement de l'humidité du sol, ce qui est dommageable à court-terme pour les plantes. L'excès d'azote dans le sol et sa lixivation entraînent quant à eux la contamination des eaux souterraines, ce qui est dommageable à long-terme pour l’environnement. Les plantes fertilisées avec des engrais à base d'ammonium (NH4+) peuvent présenter une toxicité NH4+, ce qui se caractérise par une croissance réduite, des lésions sur les tiges et les racines, et des bords de feuilles qui s'enroulent vers le bas.

L’excès d’azote est presque toujours la conséquence d'une application excessive d'engrais ou de fumier. Il est donc essentiel de respecter les doses recommandées pour éviter ces problèmes. Et pour cela, il faut connaître la composition de son sol et les besoins de ses cultures pour établir un bon bilan azoté prévisionnel et ainsi utiliser les bonnes quantités d'engrais.

à noter que les symptômes de carence ou d'excès observés sur le terrain peuvent être différents de ceux présentés ici. L'expérience de l'observateur et la connaissance de l'histoire de la parcelle sont indispensables pour analyser les symptômes. De plus, entre le moment où une plante est déficiente en éléments nutritifs et l'apparition des symptômes visuels, la santé et la productivité de la culture peuvent être considérablement réduites.

Des outils complémentaires pour faire le bon diagnostic

Faire un diagnostic visuel est un bon début, mais il peut être trompeur :

1. De nombreux symptômes semblent similaires et non différenciables à l'oeil nu. Par exemple, les symptômes de carence en azote et en soufre peuvent avoir la même apparence, selon l'emplacement, le stade de croissance et la gravité des carences. Les maladies, la sécheresse, l'excès d'eau, les anomalies génétiques, les résidus d'herbicides et de pesticides, les insectes et le compactage du sol peuvent aussi être confondus avec une carence ou un excès en azote.

2. Plusieurs carences et/ou toxicités peuvent apparaître en même temps.

3. Les espèces cultivées, et même certaines variétés de plantes de la même espèce, n’ont pas les mêmes capacités pour s’adapter aux carences et aux toxicités.

4. Les plantes peuvent être déficientes en éléments nutritifs sans en montrer les signes visuels. Parfois, le seul signe est une baisse de rendement.

Le diagnostic visuel doit donc être complété par des analyses de sol ainsi que l’analyse de la composition chimique d’un échantillon de plantes. Nous vous recommandons d'effectuer régulièrement des analyses pour diagnostiquer rapidement les carences ou excès en azote et traiter les sols en conséquence.

Références :

CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS, 2000. What are the effects of nitrogen deficiency on growth components of lettuce? [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.cambridge.org/core/journals/new-phytologist/article/abs/what-are-the-effects-of-nitrogen-deficiency-on-growth-components-of-lettuce/E6335A7AEE9F6E2B1B3188FF758D5D7F
CHAMBRE D'AGRICULTURE OCCITANIE, 2019. Guide de la fertilisation raisonnée en arboriculture fruitière [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://occitanie.chambre-agriculture.fr/fileadmin/user_upload/National/FAL_commun/publications/Occitanie/Productions_techniques/guide-fertilisation-raisonnee-arbo-ca82-2019_01.pdf
CHAMBRES D'AGRICULTURE AUVERGNE, 2016. Guide régional fertilisation [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://extranet-puy-de-dome.chambres-agriculture.fr/fileadmin/user_upload/National/FAL_commun/publications/Auvergne-Rhone-Alpes/Guide_regional_fertilisation_sept_2016.pdf
KALI AG, 2014. Les symptômes de carence en éléments nutritifs [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.doc-developpement-durable.org/file/Culture/Arbres-Fruitiers/maladies-arbres-fruitiers/symptomes-de-carences-en-elements-nutritifs.pd f
MC CAULEY A., JONES C., JACOBSEN J., 2009. Plant Nutrient Functions and Deficiency and Toxicity Symptoms [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://mtvernon.wsu.edu/path_team/Plant-Nutrient-Functions-and-Deficiency-and-Toxicity-Symptoms-MSU-2013.pdf
TUCKER T., 1984. Diagnosis of nitrogen deficiency in plants. Nitrogen Crop Prod [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://acsess.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.2134/1990.nitrogenincropproduction.c16#pane-pcw-references

Comprendre les besoins spécifiques des cultures pour une fertilisation optimale en azote

Fri, 07 Jul 2023 15:50:45 GMT

L’azote s'impose comme l'un des éléments minéraux essentiels pour l'ensemble du monde végétal. En effet, c’est le principal constituant de l'ADN, de la chlorophylle et des protéines, et il stimule la croissance des cultures à chaque étape de leur cycle de développement. Or, chaque plante détient des besoins particuliers en différents nutriments, en fonction de son métabolisme propre. Il est donc primordial de connaître les besoins en azote spécifiques des cultures afin de maximiser leur rendement.

Trouver le bon équilibre pour une fertilisation optimale

Appliquer la pratique de la fertilisation raisonnée permet de protéger l’environnement mais également d’allier rendement avec qualité des cultures. Une mauvaise gestion de l’azote peut avoir des conséquences négatives autant pour la plante que pour le sol. Parmi ces effets, on peut noter :

Une carence en azote peut provoquer une diminution des rendements , des organes plus petits, une fructification précoce, une mauvaise qualité, la plante ne peut uniquement compter que sur ses réserves pour subvenir à ses besoins.
Un excès d'azote génère de s reliquats azotés trop élevés dans le sol après la récolte qui mène à la contamination des eaux souterraines
Un excès d'azote sous forme de nitrate provoque une sensibilité accrue aux insectes et à certaines maladies.

Au sein de la plante, les symptômes liés à la disponibilité en azote ne sont pas linéaires. C'est pourquoi il existe plusieurs échelons allant de la carence aiguë à l'excès toxique. En carence aiguë, les symptômes sont bien visibles - la plante est petite et les feuilles passent du vert jaunâtre à l'oranger avant de tomber -, les rendements sont mauvais et la qualité médiocre. En état de subcarence, il n’y a pas de symptôme de carence à proprement parler mais les rendements diminuent et la qualité est moins optimale. En approvisionnement optimal, la croissance et la qualité sont les meilleurs possibles. En consommation de luxe, la croissance et la qualité sont bonnes. Enfin, en état de toxicité, c'est-à-dire de sur-approvisionnement, la croissance et la qualité sont réduites.

Sur la seule base des symptômes, il est donc compliqué d'établir un diagnostic juste quant à la disponibilité en azote et, bien souvent, quand le symptôme est observé, il est déjà trop tard pour la culture. Il est donc recommandé d'anticiper les carences éventuelles en effectuant régulièrement des analyses de sol.

Trois outils peuvent-être utilisés pour mieux comprendre les besoins des plantes : les analyses de sols, les analyses de plantes et les analyses visuelles.

Des outils complémentaires pour faire le bon diagnostic

Le dosage des engrais azotés repose sur de multiples facteurs : les prévisions météorologiques, l’espèce cultivée, les types de sol, l’irrigation, les précédentes cultures, les stratégies de semis,... cultiver est une activité complexe qui nécessite plusieurs interventions sur la culture et son environnement. Ces interventions sont réparties en plusieurs étapes au cours de la campagne agricole. Pour chaque culture existe un itinéraire technique qui résume le programme prévisionnel ainsi que la marche à suivre pour atteindre les objectifs de rendement. Cet itinéraire peut être ajusté selon la météo et les particularités de l’année en cours, en décalant la date de semis ou en changeant le choix des variétés par exemple. Décrire chaque intervention sur une parcelle donnée permet d'assurer un suivi des tâches et des produits utilisés, ce qui peut également vous être utile pour la traçabilité.

Heureusement, il existe des outils pour mettre en place la meilleure stratégie adaptée à vos besoins. Les Chambres d’Agriculture proposent, par exemple, des fiches techniques et des informations réglementaires selon le contexte pédo-climatique de votre région pour vous aider à adapter l'itinéraire technique. Des centres techniques peuvent aussi vous accompagner en apportant une aide technique personnalisée permettant d’améliorer vos pratiques. Il est également possible d’utiliser des outils informatiques qui matérialisent vos cultures, et vous assiste dans le pilotage de l'itinéraire technique.

Références :

CHAMBRES D'AGRICULTURE BRETAGNE, 2019. Outils pratiques grandes cultures [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.bretagne.synagri.com/synagri/outils-pratiques-grandes-cultures
CROP NUTRITION, 2023. Deficiency ID: Minimizing the Impact of Nutrient Deficiencies [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.cropnutrition.com/resource-library/deficiency-id-minimizing-the-impact-of-nutrient-deficiencies/ -MSU-2013.pdf
ELZEARD, 2022. L'itinéraire de culture, une recette pour faire des légumes [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://elzeard.co/tpost/4sy1hybuz1-srie-elzeard-episode-2-litinraire-de-cul#:~:text=Un%20itin%C3%A9raire%20de%20culture%2C%20c,temps%20et%20dans%20l%27espace
KALI AG, 2014. Les symptômes de carence en éléments nutritifs [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.doc-developpement-durable.org/file/Culture/Arbres-Fruitiers/maladies-arbres-fruitiers/symptomes-de-carences-en-elements-nutritifs.pdf
MC CAULEY A., JONES C., JACOBSEN J., 2009. Plant Nutrient Functions and Deficiency and Toxicity Symptoms [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://mtvernon.wsu.edu/path_team/Plant-Nutrient-Functions-and-Deficiency-and-Toxicity-Symptoms-MSU-2013.pdf
ZHANG J., M. BLACKMER A. et al, 2008. Luxury Production of Leaf Chlorophyll and Mid-Season Recovery from Nitrogen Deficiencies in Corn [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://doi.org/10.2134/agronj2006.0154

L'azote : un facteur clé de la productivité agricole

Fri, 07 Jul 2023 15:48:09 GMT

La croissance des plantes dépend des conditions du milieu dans lequel elles se développent, notamment la lumière, l’eau et les éléments minéraux disponibles dans le sol. Les plantes ont besoin de seize éléments nutritifs essentiels. Parmi eux, on retrouve le carbone, l'oxygène et l'hydrogène issus de l'eau et du CO 2 via le processus de photosynthèse. Tous les autres éléments sont quant à eux prélevés par les racines dans la solution du sol sous forme d'ions dissous : ce sont les sels minéraux.

En fonction de ses besoins, la plante puise ces sels minéraux en différentes proportions. Les éléments requis en quantité importante (plus de 100 mg/dl) sont des macro-éléments : soit primaires, azote, phosphore et potassium (les plus susceptibles de manquer dans un sol), soit secondaires, calcium, magnésium et souffre. Les éléments requis en très petites quantités (moins de 100 mg/dl), bien qu'essentiels à la plante, sont des oligo-éléments ; on y retrouve le fer, le cuivre, le cobalt, le zinc,...

Ces éléments nutritifs sont essentiels puisqu’ils répondent à trois critères majeurs :

1. Ils interviennent directement dans la nutrition de la plante.

2. En leur absence, la plante ne peut plus croître et/ou se reproduire.

3. Pour que la plante reprenne sa croissance, l’élément est nécessaire et ne peut pas être substitué par un autre.

L'azote : le nutriment clé pour la croissance des plantes

é tant un macro-élément, l'azote est requis en grande quantité pour la plante. En effet, il faut 1 kg d’azote minéral pour produire 6 kg de protéines végétales ( Unifa ). Pour 100 kg de blé, par exemple, 2 kg d’azote minéral sont nécessaires. Et pour cause ! Cet élément est déterminant dans le métabolisme végétal. Il est nécessaire durant toutes les phases de développement de la plante et participe principalement au développement du feuillage et des parties aériennes des plantes. Par conséquent, il peut agir à la fois sur le rendement et sur la qualité des productions.

L'azote, après son entrée dans la racine, peut être exporté par les vaisseaux du xylème vers les feuilles pour y être réduit et assimilé. Il peut également être stocké transitoirement dans la vacuole, organite régulant la concentration d'azote dans la plante (rôle tampon), puis être libéré en cas de besoin. Certaines plantes peuvent aussi stocker l'azote sous forme de protéines spécifiques, appelées VSP ( Vegetative Storage Protein ) ( INRA, 2006 ).

L'azote : indispensable de l'ADN à la photosynthèse

L'azote intervient à de multiples niveaux. Il est à la base de tout le fonctionnement des plantes puisqu’il est l’un des composants des acides nucléiques formant l’ADN et l’ARN. Lors de l'étape de la traduction, l'ARN est parcouru par un ribosome pour synthétiser des acides aminés composés en partie d’azote. Les acides aminés, en se liant les uns aux autres, forment ainsi des protéines, macromolécules indispensables à tous les êtres vivant, y compris les plantes. En effet, les protéines jouent un rôle essentiel dans le métabolisme des cellules à travers leur forme enzymatique, dans la structure cellulaire (paroi, cytosquelette) pour maintenir le port érigé de la plante, dans le transport en agissant comme transporteurs de nutriments, eau et hormones, ainsi que dans de nombreuses autres fonctions biologiques capitales.

L’azote est également un élément incontournable de la membrane cellulaire puisqu’il est présent dans les phospholipides la constituant. Les membranes sont essentielles pour délimiter les cellules, leur noyau et leurs chloroplastes, sièges de la photosynthèse. Le chloroplaste contient un réseau de membranes internes, appelées thylakoïdes, où est retrouvée la chlorophylle. Le squelette moléculaire de ce pigment vert est, par ailleurs, construit autour d'un noyau azoté. La chlorophylle est responsable de la capture de la lumière du soleil et de sa conversion en énergie chimique, rôle central de la photosynthèse.

En plus des fonctions biologiques évoquées ci-dessus, l’azote est utilisé dans la synthèse de la plupart des phytohormones (hormones produites par les plantes). Ces hormones sont capables d'influencer les processus vitaux - y compris la croissance et le développement des plantes -, l'adaptation à l'environnement et la résistance aux stress. Certaines hormones, comme la cytokinine ou l’AIA, nécessitent directement de l'azote dans leur synthèse. D'autres, comme la gibbérelline, nécessitent de l'azote non pas en tant que composant mais comme déclencheur de leur synthèse via une cascade de signalisation (un composé déclenche une réaction qui en enclenche une autre, etc). Dans les deux cas, il existe un cycle de régulation qui permet à la plante d’adapter sa croissance en fonction de la disponibilité d’azote présent dans le sol.

Il existe encore bien d'autres processus dans lesquels l’azote joue un rôle prépondérant comme les réactions d'oxydo-réduction, la synthèse de vitamines et la production de composés thérapeutiques ou toxiques comme la morphine, la caféine ou la nicotine.

L’azote est donc un élément primordial pour le bon développement d'une plante mais, cependant, il n'est pas toujours disponible dans le sol en quantité suffisante. C'est donc ici qu'entrent en jeu les engrais azotés minéraux. Ils sont utilisés pour contourner le manque d'azote dans le sol et ainsi activer la croissance des plantes, favoriser la pousse et le développement de toutes les parties aériennes. Néanmoins, l'azote - ce facteur clé de la productivité agricole comme nous avons pu le constater -, si apporté en excès, peut avoir des conséquences sur les cultures (risque de verse des céréales), la qualité du sol, la biodiversité, l'environnement et la rentabilité des agriculteurs.

Références :

AGROLEAGUE, 2022. Rôle de l'azote et ses effets sur la nutrition des plantes [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.agro-league.com/blog/role-de-lazote-et-ses-effets-sur-la-nutrition-des-plantes
BIO EN LIGNE, 2018. Rôle des éléments nutritifs essentiels : Azote, Phosphore et Potassium [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.bio-enligne.com/fertilisation/173-elements-nutritifs.html
CAMUT L., GALLOVA B., JILLI L. et al, 2021. Nitrate signaling promotes plant growth by upregulating gibberellin biosynthesis and destabilization of DELLA proteins [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982221012641 https://www.agro-league.com/blog/role-de-lazote-et-ses-effets-sur-la-nutrition-des-plantes
INRA, 2006. Absorption et assim ilation du nitrate et recyclage de l’azote organique chez les plantes : intérêt pour le colza [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.ocl-journal.org/articles/ocl/pdf/2006/06/ocl2006136p393.pdf
KUDOYAROVA G., 2022. Phytohormones 2020 [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.mdpi.com/2218-273X/12/9/1305/htm
OHYAMA T., 2010. Nitrogen as a major essential element of plants [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://www.researchgate.net/publication/234135771_Nitrogen_as_a_major_essential_element_of_plants
SOETAN K. O., OLAIYA C. O. OYEWOLE O. E., 2010. The importance of mineral elements for humans, domestic animals and plants: A review [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://academicjournals.org/journal/AJFS/article-full-text-pdf/045441523024
UNIFA, Union des Industries de la Fertilisation, Le rôle des éléments nutritifs : Azote [en ligne]. Disponible à l'adresse : https://fertilisation-edu.fr/nutrition-des-plantes/le-role-des-elements-nutritifs/azote.html#:~:text=Le%20r%C3%B4le%20de%20l%27azote%20dans%20les%20plantes&text=Il%20faut%20environ%201%20kg,1.9%20kg%20d%27azote%20N

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Les engrais azotés et l'industrie de la guerre

Fri, 13 Jan 2023 17:27:10 GMT

Fritz haber

Comme pour beaucoup de secteurs industriels, l’agriculture intensive moderne trouve ses racines dans des infrastructures mises en place au début du siècle dernier. Durant la première et la seconde guerre mondiale, des sommes considérables ont été investies par les nations pour développer l’industrie lourde et appuyer l’effort de guerre.

L’Allemagne du XIXe siècle, héritière de la physique prussienne, était déjà en avance sur la question de la chimie et de la physique. Albert Einstein, Heizenberg, Hertz, Ohm, Fahrenheit tous sont des scientifiques allemands de renom et qui ont contribué aux grandes avancées scientifiques du XXe siècle.

Cependant certains d'entre-eux ont particulièrement était impliqués dans l'effort de guerre et ont participé à la mise en oeuvre d'industries nouvelles pour le meilleur et pour le pire. Par exemple Fritz Haber, l'inventeur du procédé qui a permis de produire des engrais azotés de synthèse, est aussi l’inventeur du gaz moutarde qui a décimé des milliers de soldats dans les tranchées.

C'est donc ce lourd héritage scientifique de guerre qui a permis le développement de l'industrie chimique et la production massive d'engrais qu'on connaît aujourd'hui.

Les industries allemandes issues de la guerre

L'industrie de la guerre et l'agriculture sont deux domaines qui, à première vue, semblent ne pas avoir de liens directs. Cependant, ces deux secteurs ont une histoire commune notamment en ce qui concerne la production de produits chimiques. C'est le cas notamment des entreprises allemandes BASF et Bayer qui ont produit des explosifs, des gaz de combat et d'autres produits chimiques et qui, aujourd'hui, sont des fleurons de la chimie agricole.

Gravure représentant l'usine de la BASF à Oppau en Allemagne

Ces entrep rises allemandes ont été fondées après 1860. Elles étaient à l'origine spécialisées dans la production de colorants et de produits chimiques de base. Au cours de la Première Guerre mondiale, elles ont rapidement été impliquées dans la production de produits chimiques pour l'effort de guerre allemand. Après la guerre, ces industries ont été démantelées par les forces d'occupation alliées, puis, en 1952, elles ont été autorisées à redémarrer leur activités. Depuis lors, elles ont connu une croissance continue et sont devenues les plus grandes entreprises chimiques au monde.

L'industrie de guerre rend la disponibilité en azote illimitée.

Durant les deux guerres mondiales, l’essentiel de la production d’ammoniaque avait servi à la production d’explosifs. De grandes industries chimiques s’étaient alors organisées autour de cette production. La BASF en Allemagne a par exemple produit dès 1914 des quantités très importantes d'ammoniaque pour la fabrication de la poudre à canons destinée aux explosifs et aux munitions. Après la fin du premier conflit mondial, le traité de Versailles de 1919, rétribuera à la France, le brevet allemand Haber-Bosh permettant de produire l’ammoniaque nécessaire aux engrais.

La France de l'époque n'était pas la plus performante en terme de production agricole par rapport à l'Allemagne et aux pays du nord de l'Europe. L’objectif politique national de la France était alors de devenir une grande nation agricole et ainsi rivaliser avec ses voisins. Avoir la capacité industrielle de produire l’ammoniaque nécessaire aux engrais était donc un élément hautement stratégique et la récupération de la technologie allemande était une aubaine.

Après la fin des deux conflits mondiaux, la capacité de production d’ammoniaque était surdimensionnées par rapport à la demande. La guerre étant terminée, il n'y avait plus besoin de produire autant de poudre. Il fallait alors trouver un nouveau marché pour écouler la production, et ce fut celui des agriculteurs, ceux-là même qui allaient mener une toute autre sorte de bataille, celle de la modernisation de l'agriculture.

Le développement de l’agro-industrialisation au XXe siècle est donc profo ndément ancré dans la culture industrielle de la guerre, avec une logique maximaliste. Cette révolution agricole a permis certes l’indépendance alimentaire des nations les plus avancées, et a certainement contribué à bien des égards au développement de l’agriculture dans de nombreux pays, mais à quel prix? Nous voyons aujourd’hui les limites de ce modèle du XXe siècle qui a longtemps considéré les champs comme des usines. Quand bien même l’objectif était l’indépendance alimentaire, nous nous rendons compte que cette indépendance avait un lourd tribut: la dépendance des agriculteurs à la chimie et la destruction de la qualité des sols et de l'environnement.

Références:

- https://www.basf.com/fr/company/who-we-are/our-history.html

- https://www.ushmm.org/wlc/fr/article.php?ModuleId=10005143

- https://www.spiegel.de/international/business/the-dark-side-of-basf-the-history-of-a-german-chemical-giant-a-1029907.html

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Analyse de sol agricole: comment mesurer les reliquats azotés à La Réunion?

Thu, 05 Jan 2023 16:29:59 GMT

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L'analyse de terre à La Réunion: indispensable pour piloter sa production

En tant que chef d’entreprise agricole vous devez gérer du vivant et les aléas qui y sont liés. Il vous faut donc connaitre les paramètres qui optimiseront la quantité, mais aussi la qualité de votre production. Piloter finement la rentabilité de son exploitation agricole n’est pas chose facile. Parmi les nombreux indicateurs, il en est un qui doit être particulièrement étudié : la fertilisation ; et plus précisément : la mesure de l’apport en azote indispensable à la croissance végétative des plantes. La gestion de la fertilisation et le contrôle de la teneur en nutriments des parcelles sont des points de vigilance importants.

La dose d’azote nécessaire à la conduite d’une culture dépend de l’azote déjà présent dans le sol. Il faut absolument connaitre la teneur réelle d’azote dans le sol pour éviter les excès de fertilisation. De tels excès pèseront sur la trésorerie de l’exploitation, dégraderont la vie du sol et également la vie aquatique par l’effet de lessivage .

Certaines zones ont été identifiées comme étant des zones d’actions renforcées (ZAR) par la directive Nitrate et concerne tout exploitant avec plus de 3ha de surface cultivable en zone sensible. Renseignez-vous auprès de votre chambre d’agriculture pour connaitre le parcellaire concerné.

L’estimation du taux d’azote dans le sol est sensible et varie fortement d’une année sur l’autre en fonction des cultures et des excédents végétaux restés sur le sol. Cette teneur varie aussi d’une parcelle à l’autre. Il faut donc veiller à respecter une procédure d’échantillonnage précise pour éviter d’obtenir des résultats erronés.

L'analyse de sol à La Réunion: où prélever les échantillons sur ma parcelle?

Pour faire analyser sa terre à La Réunion, il faut bien comprendre que vos échantillons doivent être représentatifs de votre parcelle. La teneur en azote dans le sol varie fortement d’une zone à l’autre, il faut éviter de prélever en bord de parcelle, compter une distance de 5 à 10 mètres à partir du bord pour effectuer vos prélèvements de terre. À La Réunion les terrains peuvent avoir un dénivelé important, le phénomène de lessivage par les pluies peut donc engendrer une variation importante d’azote entre le haut et le bas de la parcelle. Il faut donc veiller à diviser votre parcelle en deux zones distinctes pour les prélèvements de sol, une zone en haut de la parcelle et une zone en bas de parcelle. Cette technique vous permettra de gérer encore plus finement votre futur apport d’azote.

Il faut absolument éviter les anciennes surfaces de stockage de fumier, compost ou lisier, car la teneur en azote serait artificiellement plus importante ce qui risque de compromettre les résultats d’analyse et vous induire en erreur dans votre plan de fertilisation.

Reliquat azoté à La Réunion: quand faire l’analyse de sol?

La période idéale durant laquelle faire son analyse de sol va dépendre de l’itinéraire technique de conduite de la culture et de la saison. Nous vous recommandons d’effectuer cette analyse au plus tôt une semaine avant la date que vous avez envisagée pour l’apport d’engrais. Il faut donc vous appuyer sur un laboratoire capable de vous restituer les résultats en moins de 3 jours à réception de vos échantillons.

Pendant l’été austral à La Réunion, la minéralisation de la matière organique du sol produit de l’azote résiduel. Il peut y avoir une variation significative de la teneur en azote du sol d’une semaine à l’autre en fonction de la température et de l’humidité. Pour avoir une idée plus précise du reliquat azoté de votre parcelle il faut donc échantillonner durant l’hiver austral. La quantité d’azote est théoriquement plus stable sur cette période. Mais compte tenu de la géographie de l’île de La Réunion et de ses multiples microclimats, cette règle sera à prendre avec des pincettes ou du moins à ajuster en fonction de votre localisation. N’hésitez pas à contacter vos conseillers agricoles et à consulter les fiches techniques des organisations professionnelles agricoles du département pour connaitre précisément le bon moment.

Bilan azoté de la parcelle: comment prélever les échantillons?

À la Réunion les sols sont bien moins profonds que dans de grandes plaines d’Afrique ou d’Europe, cependant en règle générale pour faire analyser sa terre agricole il est préconisé de prélever sur trois horizons différents.

1er horizon de prélèvement de sol: 0 à 30cm de profondeur
2ème horizon de prélèvement de sol: 30 à 60cm de profondeur
3ème horizon de prélèvement de sol: 60 à 90cm de profondeur ce dernier horizon sera a effectué que si votre sol est suffisamment profond.

Il vous fa ut vous munir de matériel adapté pour effectuer l’échantillonnage de votre terre:

3 seaux propres.
1 tarière.
3 grands sacs congélation à zip.
de la glace
1 glacière

Il est nécessaire de prélever 10 à 15 échantillons par horizon avec une tarière et de bien les mélanger dans un seau propre ( utilisez bien un seau différent pour chaque horizon).

Mélangez la terre pendant le temps nécessaire afin d'obtenir un mélange d’homogène.

Mettez ensuite environ 300g de ce mélange de terre dans un sac congélation zippé. Il vous faut un sac congélation pour chaque seau.

Conservez les 3 sacs congélation correspondant à chaque horizon dans la glacière jusqu’au retour à l’exploitation agricole. N’hésitez pas à congeler les sacs en attendant de les envoyer au laboratoire, essayez néanmoins de les livrer au plus vite.

Astuce: vous pouvez marquer votre tarière avec un scotch chatterton coloré tous les 30cm en partant du bas, ça vous aidera à identifier la profondeur d’échantillonnage.

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Les végétaux incapables de fixer l’azote atmosphérique?

Tue, 03 Jan 2023 14:25:21 GMT

Ce n’est que très récemment dans l’histoire de l’humanité que nous avons compris le rôle prépondérant de l’azote dans la croissance des plantes. En 1848, le chimiste allemand Justus Von Liebig découvre que l’azote sous sa forme minérale est essentiel à l’alimentation des végétaux.

L’azote constitue 79% de l’atmosphère terrestre, il est indispensable à la synthèse de protéines pour le métabolisme des êtres vivants. Cependant, aucune plante identifiée à ce jour n’est capable d'assimiler l'azote de l'air directement et sans intermédiaire. Quelles sont donc les stratégies adoptées par les plantes pour assimiler l'azote?

L’azote minéralisé du sol: la première source d'azote pour les plantes

Une première source d’azote provient de la minéralisation des déjections animales et des résidus végétaux. Cependant, ce processus ne se fait pas seul. Les acteurs de cette transformation sont des micro-organismes du sol, capables de restituer dans leur environnement l’azote présent dans les protéines des résidus organiques. Pour faire simple, ces microorganismes se nourrissent et décomposent les résidus organiques du sol, comme les restes de végétaux post-récolte ou les déjections animales, et libèrent ainsi l’azote contenu dans ces déchets sous une forme assimilable par les plantes. C’est seulement après ce processus de décomposition que les plantes pourront se nourrir.

Dans certains cas, ce processus de minéralisation des résidus en azote assimilable est très lent, parfois inexistant. Ce phénomène peut être expliqué par différentes raisons. Cela peut être dû aux conditions climatiques arides ou froides qui ne permettent pas aux microorganismes d'être suffisamment actifs. Cela peut aussi parfois venir de la compétition entre plantes qui diminue le stock d'azote du sol. Dans ces circonstances de carence en azote, certaines plantes ont réussi à développer une stratégie étonnante de collaboration avec d'autres types de microorganismes pour survivre.

Pisum sativum , le pois est une plante légumineuse capable de capter indirectement l'azote de l'atmosphère grâce à sa symbiose avec les rhizobium

Les faba cées collaborent avec des microorganismes fixateurs d’azote atmosphérique:

Certaines plantes ont trouvé une solution étonnante pour ne pas être dépendantes de la disponibilité de l'azote dans le sol. Elles ont développé une collaboration avec des microorganismes qui possèdent un outil métabolique leur permettant de capter l’azote atmosphérique directement.

Ces végétaux font partie, pour l’essentiel, de la famille des fabacées (légumineuses) comme le pois, le haricot, le trèfle, la luzerne, mais aussi l’acacia, le mimosa, etc. Toutes ces plantes sont parvenues au fil de l’évolution à créer une symbiose totale avec une famille de bactérie spécifique, les rhizobiums. Ces bactéries ont développé lors de l'évolution une sorte de machinerie étonnante qui transforme l'azote atmosphérique (N2) en azote minéral.

Ces bactéries ne sont pas naturellement présentes dans les tissus des fabacées, elles sont présentes dans le sol et s’associent progressivement aux racines lors des premières phases de croissance de la plante. Elles sont ainsi hébergées par la plante hôte dans de petites vésicules racinaires, appelées nodosités. Ces nodosités permettent de constituer un environnement propice à l’activité de fixation de l'azote par les rhizobiums. Les fabacées fournissent donc gîte et couverts au rhizobium, et bénéficient en retour de l’azote capté par ces bactéries. C'est ce qu'on appelle une relation de symbiose (gagnant/gagnant).

La quantité d’azote fixée ainsi peut être très importante selon les espèces de fabacées. Par exemple, la luzerne peut capter jusqu’à 150 Kg de N (azote) par hectare et par an grâce à cette symbiose. Dans certaines conditions, la symbiose peut conduire à une fixation de 600 Kg d'azote/ha/an. Cette quantité d’azote fixée est cependant très variable et dépend fortement des conditions environnementales et des souches de rhizobiums. En présence d’azote minéral dans le sol par exemple, la plante n’a pas intérêt à concevoir des nodosités, car elle peut disposer facilement de la ressource directement dans le sol.

Cette symbiose est le fruit de l’évolution qui a permis de concevoir un système optimisé permettant de capter l’azote atmosphérique à moindre coût. Quant au procédé industriel Haber-Bosh inventé par l’homme à l’aube du siècle dernier, il permet de produire des engrais azotés, mais dans des conditions de températures et pression telles, qu’il est l’un des procédés les plus polluants de la planète. Responsable de 2,8 % des émissions de CO2 dans le monde chaque année, il consomme du gaz naturel issu de l’industrie pétrolière et énormément d’énergie.

Malgré le rôle majeur du procédé Haber-Bosh dans la révolution agricole du XXe siècle, il faut reconnaitre que l'efficience du procédé symbiotique est bien plus importante.